电池辅助式超高频射频标签芯片研究与设计

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射频识别(RFID----Radio Frequency Identification)技术是一种利用电磁场的空间耦合原理实现中远距离信息传输的自动识别技术。随着物联网产业的不断发展,射频识别标签产生了集成更多扩展传感信号应用的需求。传统的无源射频识别标签采用射频场供电,标签的识读距离受到标签内部电路功耗及标签获取射频场能量的限制。为了在不牺牲识读距离的情况下获得更多扩展功能,诞生了采用电池为标签内部功能电路供电的电池辅助式无源射频识别标签(Battery Assisted PassiveTag----BAT)也称作半无源标签。电池辅助式无源标签与无源标签工作原理基本相同,并向下兼容无源标签通信协议。由于采用独立电源供电,电池辅助式无源标签具有相对无源标签更加稳定的工作性能及更远的识读距离,解决了困扰无源标签能量瓶颈的问题。本文首先针对超高频射频识别原理在理论上分析了电池辅助式标签在标签识别距离上相对无源标签的改进及制约电池辅助式标签识度距离的因素。指出电池容量及标签静态功耗为限制电池辅助式标签工作寿命的主要因素,由此提出了合理的标签电源管理方式可以有效的延长电池辅助式标签的工作寿命。同时,本文根据电池辅助式标签的指标分析及工作需求,提出一种适用于电池辅助式标签的电路系统结构,包括基于射频场能量检测的电路唤醒级,阅读器与标签进行指令核对进行标签开启的激活码校验级,及满足休眠条件时标签即刻返回休眠态的反激活电路,此结构构建了电池与射频场供电的电源选择系统,使标签电池电量不足或没有外接电池的情况下依然可以采用无源标签模式工作,从而变相延长了标签的使用寿命。本文对电路各部分功能模块进行了详细的设计与分析,进行各部分功能仿真及关键技术指标的优化,并给出了一款基于SMIC0.18μm工艺的采用能量唤醒机制标签的电路版图及电池辅助式标签关键电路版图设计要点,对标签流片结果进行测试,唤醒电路,电源管理电路及其它模拟前端模块均实现设计功能,标签可在无源及电池供电模式下正常工作。
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