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《华东师范大学》 2010年
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超高频射频识别阅读器集成技术研究

张润曦  
【摘要】: 传统的条形码技术曾经在自动识别领域引起深刻变革并已得到广泛应用,但有限的数据容量、需可视读取的要求及易被篡改等缺点使得它愈来愈无法满足当前人们对于大容量、高安全性自动识别的需求。当射频电子标签的价格逐渐降低至与条形码可比拟时,超高频射频识别系统以其较高的数据传输速率、较远的通信距离及灵活的编码系统得到愈来愈多的关注而逐渐成为一个研究热点。 超高频射频识别系统通常由标签、阅读器及数据处理终端构成。其中,作为无线数据传输桥梁的超高频射频识别阅读器一般采用离散元件以混合技术构建,设备成本高、功耗大、移动性差,很大程度上制约了超高频射频识别技术的进一步推广。随着混合信号集成电路工艺技术的不断成熟,过去两年中出现了以BiCMOS或CMOS工艺实现的低成本、低功耗、单芯片超高频射频识别阅读器,并逐渐成为超高频射频识别阅读器的技术发展方向。 本文研究了860-960MHz UHF波段CMOS单芯片超高频射频识别阅读器的实现,完成了从系统规划、电路设计到原型芯片测试的整个过程。 首先,根据EPC C1G2超高频射频识别国际标准,ETSI 302 208-1欧洲规范和中国超高频射频识别技术应用试行规定及本文所提出的正交直接变频无线收发机架构,分析多阅读器环境中接收、发射射频前端、本地频率综合器和基带等模块的指标要求,并通过系统仿真模型验证其正确性,作为电路设计的依据。 第二,研究阅读器接收路径存在大信号本地馈通时的线性度与噪声系数折衷策略。不同于仅注重“监听”模式下噪声系数或“读”模式下线性度的传统方法,提出了兼具低噪声、高线性度特点的三级紧凑式射频前端。采用该射频前端的接收机在“监听”模式与“读”模式下的噪声系数分别达到27dB、36dB,输入IP3达到13dBm。 第三,研究本地振荡信号路径在收、发两种工作模式时的相位噪声需求。提出了基于多重滤波技术低相位噪声压控振荡器和3阶3比特数字增量一总和调制器的小数分频频率综合器。芯片验证表明,锁相环各频带内噪声抑制明显,在距载波200kHz、1MHz的频偏处分别获得-92dBc/Hz与-125dBc/Hz的相位噪声,RMS相位抖动小于6.7pS,残留FM小于4.5kHz。 第四,研究超高频射频识别系统中标签背散射机制所导致的功率需求。结合所采用的直流耦合信号发射路径特点,提出了支持DSB-ASK,SSB-ASK,PR-ASK三种调制方式的可变增益多模发射前端。 第五,提出接收、发射基带数字可调谐信道选择滤波器与可编程增益放大器。为适应不同速率的数据通信要求,接收基带滤波器带宽在0.3-1.3MHz范围内可变,内建5kHz反馈直流消除电路能同时满足链路建立时间与解调信噪比需要。 最后,基于上述系统、电路指标及设计技术,进行超高频射频识别阅读器芯片的流片验证。该芯片以IBM 0.18μm CMOS工艺实现,总面积为4×4mm~2,电源电压为3.3V,发射功率-4.4dBm时,总功耗为584mW。以Xilinx Virtex-4 xe4vx35FPGA、片外功率放大器与环形器等离散元件构建测试平台。当发射数据速率为Tari=25μS时,输出信号频谱能够满足EPC C1G2密集阅读器环境的发射功率规范。当接收机输入端带内阻塞信号达-4.4dBm时,接收机灵敏度达到-65dBm,满足短距离便携式超高频射频识别应用的需求。 本论文研究受上海市科学技术委员会AM基金《便携式超高频射频识别接收机前端关键技术研究》(07SA04)资助。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.44

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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6 谢磊;刘宝宝;谢淼;袁圣越;石春琦;张润曦;;UHF RFID阅读器中线性化调谐增益压控振荡器设计[J];微电子学;2013年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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1 熊京民;可编程增益放大电路的设计[D];清华大学;2005年
【共引文献】
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10 叶英;曾健平;马勋;朱军;;应用于∑Δ ADC的带隙基准源的设计[J];半导体技术;2007年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨栋;赵毅强;廖俊;;线列红外探测器读出电路的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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3 王欢;王志功;乔庐峰;徐勇;刘永旺;牛晓康;杨思勇;徐健;;155-Mb/s0.5μm CMOS激光驱动器[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
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7 孙志新;李开航;;一种运用于ADC中的两倍增益采样保持电路[A];2011高等职业教育电子信息类专业学术暨教学研讨会论文集[C];2011年
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9 房宗良;王季红;孟艳;李政;曹剑锋;文其林;;基于DSP数字多道的梯形成形滤波算法实现[A];第七届全国核仪器及其应用学术会议暨全国第五届核反应堆用核仪器学术会议论文集[C];2009年
10 袁博;孙学斌;周正;;多用户干扰删除新型UWB TH-PPM接收机的研究[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(上册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于志明;无线通信系统中的信号识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 郭文卓;多天线多用户通信系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 吴敏;多天线通信系统中有限反馈技术研究[D];北京交通大学;2010年
5 王忆;高性能低压差线性稳压器研究与设计[D];浙江大学;2010年
6 盛虎;分数阶信号合成与滤波技术研究及应用[D];大连理工大学;2011年
7 闫秋娜;无线MIMO与协作通信系统的分析与设计[D];大连海事大学;2011年
8 许伟伟;适用于便携式产品的单电感多输出直流—直流变换器的研究与设计[D];复旦大学;2011年
9 唐菁敏;基于协同通信的感知无线电系统传输性能研究[D];北京邮电大学;2011年
10 曲喜强;协作中继关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁育雷;基于单片机与FPGA的单相程控功率源研究[D];山东科技大学;2010年
2 商春鹏;基于GPS/GSM嵌入式车载防盗系统研究和实现[D];山东科技大学;2010年
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4 叶长明;UWB-PCSS调制方式研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 张霞;超宽带无线通信中窄脉冲的设计及调制技术的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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9 王育兵;基于自适应理论的OFDM系统频率偏移估计方法研究[D];河南工业大学;2010年
10 居大鹏;大功率LED驱动器的研究与设计[D];苏州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林曦;王敬超;张春;;符合ISO/IEC 18000-6C标准的UHF RFID读写器设计[J];半导体技术;2008年09期
2 郑吉华,李永明,陈弘毅;CMOS宽动态范围的可变增益放大器[J];半导体学报;2003年08期
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10 徐琮辉;奚经天;卢磊;杨玉庆;谈煕;闫娜;闵昊;;A 4.2-5GHz,low phase noise LC-VCO with constant bandwidth and small tuning gain[J];半导体学报;2009年09期
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1 李强;超高频射频电子标签芯片中低功耗电路研究[D];复旦大学;2005年
2 韩益锋;射频识别阅读器的研究与设计[D];复旦大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任旭;多模多频无线发射机可编程镜频抑制滤波器设计[D];华东师范大学;2011年
2 马聪;多模多频接收机低压可配置信道选择滤波器的研究与实现[D];华东师范大学;2011年
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8 钟子果;远距离射频身份识别技术的研究[D];东南大学;2005年
9 石欢;射频集成电路中模拟基带滤波器的设计和实现[D];西安电子科技大学;2007年
10 王华;无线接收机CMOS可变增益放大器的设计[D];西安电子科技大学;2007年
【二级引证文献】
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1 李凯丽;梁庭;洪应平;杨芳;秦丽;熊继军;;无线耦合信号传输天线的设计和阻抗匹配[J];电视技术;2013年05期
2 孙文胜;胡玲敏;;基于调度方式的多阅读器防碰撞算法[J];计算机工程;2012年09期
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4 赵全明;杜军梅;梁飞宇;张英旭;;UHF RFID系统的读写器设计[J];现代仪器;2012年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任旭;多模多频无线发射机可编程镜频抑制滤波器设计[D];华东师范大学;2011年
2 黄飞;应用于多模多频无线接收机的全差分可变增益放大器的研究[D];华东师范大学;2011年
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6 张书霖;UHF RFID阅读器接收机中自调谐可编程模拟基带电路设计[D];华东师范大学;2012年
7 朱彤;UHF RFID阅读器发射链路模拟基带电路设计[D];华东师范大学;2012年
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9 董敏;超高频RFID读写器数字基带技术研究[D];成都理工大学;2012年
10 徐倩龙;UHF RFID阅读器接收机整合式高线性度射频前端研究[D];华东师范大学;2012年
【二级参考文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李强;超高频射频电子标签芯片中低功耗电路研究[D];复旦大学;2005年
2 韩益锋;射频识别阅读器的研究与设计[D];复旦大学;2005年
【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 刘旭;方正推出最新EBOOK阅读器[N];中国经济导报;2005年
5 本报见习记者 李淼;童之磊:全媒体出版空间巨大[N];中国新闻出版报;2009年
6 商报记者 厉峥;再战阅读器市场[N];中国图书商报;2010年
7 本报记者 李剑;RSS:阅读自主时代的内容聚合利器[N];通信信息报;2005年
8 本报见习记者 李淼;《非诚勿扰》拓“全媒体出版”新路[N];中国新闻出版报;2009年
9 陈建明 飞猪;今天,我们怎样看新闻?[N];中国计算机报;2005年
10 记者 李洋;首图将推手持阅读器[N];北京日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 李蕾;UHF RFID单芯片读写器关键技术研究与设计[D];天津大学;2010年
5 邵波涛;超低成本全打印射频识别标签的设计和实现[D];复旦大学;2011年
6 韩益锋;射频识别阅读器的研究与设计[D];复旦大学;2005年
7 郑仁亮;OFDM超宽带射频收发器设计关键问题及单芯片实现[D];复旦大学;2009年
8 靳钊;无源超高频射频识别标签设计中的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 范志广;超高频射频识别(RFID)中的若干问题研究[D];浙江大学;2007年
10 蒋伟;RFID与无线网络融合关键理论和技术研究[D];北京邮电大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 徐雪慧;射频识别技术中防冲突算法研究[D];华中师范大学;2006年
5 陈冬萍;射频识别技术(RFID)应用研究[D];华东师范大学;2006年
6 邓铁乾;基于RFID的农资物流分销体系与技术研究[D];华中科技大学;2006年
7 曾少林;基于RFID技术的智能停车场控制系统研究[D];湘潭大学;2007年
8 卜艳阁;RFID技术在露天矿卡车运输中的应用[D];西安建筑科技大学;2008年
9 昔克;基于射频识别技术的电子牲畜秤的设计与开发[D];西安建筑科技大学;2008年
10 赵田;射频识别技术多标签抗冲突算法研究[D];湖南大学;2008年
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