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低功耗无源射频标签关键技术研究与实现

马长明  
【摘要】: 无线射频识别技术[36](Radio Frequency Identification, RFID)是一种非接触式自动识别技术,利用射频信号和空间耦合传输特性,实现对被识别目标的自动识别。RFID技术因其在信息管理自动化方面的突出优势而备受关注,近年来发展十分迅速。随着信息技术的飞速发展,人们对信息交互与管理的需求也越来越高。在一些应用,如传感器网络中,不仅要求射频识别标签体积小、寿命长、成本低,而且,还需要识别距离远,以便收集更远更多的信息。这样,低功耗优化就成为无源射频识别标签设计中的一个核心问题。 本论文详细讲述了射频识别系统的工作原理和低功耗UHF频段无源射频标签的设计方法,完成了基于ANSI NCITS256协议的UHF频段低功耗无源射频标签射频前端设计。 首先,论文介绍了ANSI NCITS256通信协议以及射频识别系统的物理基础、能量耦合和数据传输原理。 然后,详细讲述了无源射频识别标签芯片的低功耗设计方法。在对射频标签芯片各个电路模块以及对标签三种反向散射通信调制方式进行功耗分析的基础上,指出在射频标签芯片中,射频前端电路和存储器的功耗优化空间最大;在射频前端电路中,电源恢复电路和解调电路又是优化的重点。论文详细介绍了电源恢复电路的工作原理并对其功耗进行了理论分析,总结了UHF频段无源射频标签若干种功耗设计方法。 在上述理论分析的基础上,分别设计了三种不同结构的低功耗电源恢复电路和解调电路以及参考电压源电路等电路模块。提出并完成了四种低功耗射频前端解决方案。该设计用0.18μm标准CMOS工艺进行了流片验证。 最后,对各个模块电路以及完整无源射频标签电路进行了测试和分析。


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