射频识别(Radio Frequency Identification)技术是一项通过空间电场与磁场信号之间的耦合来对特定目标进行无线识别与信息传递的技术。其通信过程不需要物品之间有物理或者光学接触,无线接触这一优点使得其在实际应用中不受恶劣环境与天气的影响,此外,标签的高识别速度、大存储容量、可重复使用等诸多优点使得RFID技术被广泛应用于物流、交通、防伪、军事、医疗等多个领域。随着近年来移动支付、智能家居的迅速发展以及新型信息化战争的兴起,RFID系统的安全问题日益凸显,一旦发生信息泄露,将造成严重的损失。因此,增强RFID系统的安全性对于该技术的大规模普及有着十分重要的意义。本文的设计目标是基于无源射频空口协议,将加密算法嵌入数字基带中,完成阅读器与标签之间的加密通信。在满足协议的基础上,通过逻辑综合和物理实现完成芯片的版图设计,实现设计的数字基带功耗比现有基带优化20%,面积优化5%。针对符合我国2011年颁布的空口标准《军用射频识别空中接口第一部分:800/900MHz》的安全标签芯片,在深入分析安全鉴别和安全通信协议的基础上,对比分析了多种关键加密算法,基于流水线结构和循环迭代结构,提出了一种SM4加密算法的设计结构,实现了功耗和面积更加优化。基于TSMC 0.18μm 7T工艺库,使用Synopsys公司的Design Compiler完成了电路的逻辑综合,设计结果表明,最终功耗为1.66μw,面积为29738μm~2。在综合应用门控时钟与格雷码编码等技术的基础上,设计完成了嵌入SM4加密算法的标签芯片数字基带,电路仿真结果表明数字基带功能满足设计要求。通过低功耗逻辑综合的后仿真结果表明,所设计的数字基带整体功耗为14.5μw,面积为202586μm~2,分别实现了27.5%和8%的优化,达到设计要求。基于Cadence公司的SoC Encounter完成了包含数字基带的标签整体芯片的物理实现,采用中型尺寸的缓冲器与反相器结合的方式进行了低功耗时钟树综合,时钟树功耗降低了20%。完成了标签芯片整体版图的寄生参数提取,得到SPEF文件,采用Prime Time对标签芯片进行了静态时序分析。基于Mentor Graphics公司的Calibre完成了标签芯片整体版图的DRC和LVS验证,仿真结果表明,论文结果满足设计要求。