低功耗低成本无源射频识别标签芯片的研究与设计

【摘要】： 射频识别技术(RFID：Radio Frequency Identification)是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，并藉此信息来达到识别目的的技术。目前，RFID技术正在以其独特的优势逐渐应用于世界各个角落，这也给RFID技术的研究和开发提出了更高的要求。本论文针对射频识别标签的应用需求，在低功耗、低成本方面开展了大量的研究。 本文首先系统的阐述了超高频射频识别系统的物理基础及工作链路，对超高频射频识别标签的性能指标进行了详细的分析，并针对各性能指标的改进提出了相应的解决方法。 其次，针对射频识别标签芯片的低功耗要求，本文提出了将亚阈值技术应用于射频识别标签芯片的设计思想，并详细阐述了工作在亚阈值区的电路所存在的问题及其解决方法，从而初步建立了一套简化的亚阈值标准单元库，用以设计和实现超低功耗的亚阈值标签芯片。 针对射频识别标签的低成本要求，本文在标准CMOS工艺上设计并实现了单端／差分结构的EEPROM单元。在综合考虑面积、工艺等因素的情况下，采用标准CMOS工艺设计的EEPROM存储器单元的标签芯片比采用传统EE单元的标签芯片降低约19％的制造成本。与此同时，本文还提出了一种改进的全PMOS型DC-DC的电荷泵电路结构，大大提高了电荷泵的转换效率。 最后，根据EPC C1G2超高频射频识别标签的性能指标要求，设计并实现了低功耗亚阈值标签芯片。测试结果表明，采用亚阈值技术设计的数字电路可降低约50％～70％的功耗。