超高频射频识别频率合成器的研究和设计

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随着射频识别(RFID)技术的快速发展,市场对RFID读写器的性能提出了更高的要求。单片集成的超高频(UHF) RFID读写器因其成本低、功耗低、读写速度快以及识别距离远等优点,受到了越来越多研究人员的关注。UHF RFID频率合成器是读写器的一个重要组成部件,对其研究具有重要意义。本文在了解了国内外UHF RFID频率合成器研究与发展现状的基础上,从UHF RFID频率合成器系统及关键模块电路压控振荡器(VCO)和多模分频器(MMD)的研究与改进入手,围绕系统设计复杂度、锁定时间以及功耗等方面提出了自己的解决方案。本文主要的研究内容和创新工作如下:(1)提出了一种新型耦合的低功耗正交压控振荡器(QVCO)。提出的QVCO中,采用了电流复用结构的VCO,具有功耗低的特点;针对于电流复用结构的VCO,提出了一种新型简单的P&N-MOS管耦合法,实现了正交信号的输出。在Cadence工具下,对提出的QVCO进行了仿真,仿真结果表明:电路的功耗为1.92mW,电路的正交输出波形良好。(2)提出了一种低功耗的、驱动负载能力大的MMD。提出的MMD中,采用了单相位时钟(TSPC)技术和内置与门的TSPC D触发器,有效地降低了MMD的功耗;在MMD的输出级上,设计了一种占空比优化电路,增大了输出信号的占空比,从而提高了MMD驱动负载的能力。在Cadence工具下,对提出的MMD电路进行了仿真,仿真结果表明:电路的功耗为3.72mW,占空比为50%。(3)设计了一种结构简单、快速锁定的UHF RFID频率合成器。设计的频率合成器中,采用了优化占空比的MMD,从而降低了频率合成器设计的复杂度,并提高了频率合成器的响应速度,减少了频率合成器的锁定时间。基于Chartered0.18μm CMOS工艺,在Cadence工具下,对UHF RFID频率合成器整体电路进行了仿真。仿真结果表明:设计的UHF RFID频率合成器在各频率点的锁定时间都小于10μs,具有快速锁定的优点。
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