传统的条形码技术曾经在自动识别领域引起深刻变革并已得到广泛应用,但有限的数据容量、需可视读取的要求及易被篡改等缺点使得它愈来愈无法满足当前人们对于大容量、高安全性自动识别的需求。当射频电子标签的价格逐渐降低至与条形码可比拟时,超高频射频识别系统以其较高的数据传输速率、较远的通信距离及灵活的编码系统得到愈来愈多的关注而逐渐成为一个研究热点。超高频射频识别系统通常由标签、阅读器及数据处理终端构成。其中,作为无线数据传输桥梁的超高频射频识别阅读器一般采用离散元件以混合技术构建,设备成本高、功耗大、移动性差,很大程度上制约了超高频射频识别技术的进一步推广。随着混合信号集成电路工艺技术的不断成熟,过去两年中出现了以BiCMOS或CMOS工艺实现的低成本、低功耗、单芯片超高频射频识别阅读器,并逐渐成为超高频射频识别阅读器的技术发展方向。本文研究了860-960MHz UHF波段CMOS单芯片超高频射频识别阅读器的实现,完成了从系统规划、电路设计到原型芯片测试的整个过程。首先,根据EPC C1G2超高频射频识别国际标准,ETSI 302 208-1欧洲规范和中国超高频射频识别技术应用试行规定及本文所提出的正交直接变频无线收发机架构,分析多阅读器环境中接收、发射射频前端、本地频率综合器和基带等模块的指标要求,并通过系统仿真模型验证其正确性,作为电路设计的依据。第二,研究阅读器接收路径存在大信号本地馈通时的线性度与噪声系数折衷策略。不同于仅注重“监听”模式下噪声系数或“读”模式下线性度的传统方法,提出了兼具低噪声、高线性度特点的三级紧凑式射频前端。采用该射频前端的接收机在“监听”模式与“读”模式下的噪声系数分别达到27dB、36dB,输入IP3达到13dBm。第三,研究本地振荡信号路径在收、发两种工作模式时的相位噪声需求。提出了基于多重滤波技术低相位噪声压控振荡器和3阶3比特数字增量一总和调制器的小数分频频率综合器。芯片验证表明,锁相环各频带内噪声抑制明显,在距载波200kHz、1MHz的频偏处分别获得-92dBc/Hz与-125dBc/Hz的相位噪声,RMS相位抖动小于6.7pS,残留FM小于4.5kHz。第四,研究超高频射频识别系统中标签背散射机制所导致的功率需求。结合所采用的直流耦合信号发射路径特点,提出了支持DSB-ASK,SSB-ASK,PR-ASK三种调制方式的可变增益多模发射前端。第五,提出接收、发射基带数字可调谐信道选择滤波器与可编程增益放大器。为适应不同速率的数据通信要求,接收基带滤波器带宽在0.3-1.3MHz范围内可变,内建5kHz反馈直流消除电路能同时满足链路建立时间与解调信噪比需要。最后,基于上述系统、电路指标及设计技术,进行超高频射频识别阅读器芯片的流片验证。该芯片以IBM 0.18μm CMOS工艺实现,总面积为4×4mm~2,电源电压为3.3V,发射功率-4.4dBm时,总功耗为584mW。以Xilinx Virtex-4 xe4vx35FPGA、片外功率放大器与环形器等离散元件构建测试平台。当发射数据速率为Tari=25μS时,输出信号频谱能够满足EPC C1G2密集阅读器环境的发射功率规范。当接收机输入端带内阻塞信号达-4.4dBm时,接收机灵敏度达到-65dBm,满足短距离便携式超高频射频识别应用的需求。本论文研究受上海市科学技术委员会AM基金《便携式超高频射频识别接收机前端关键技术研究》(07SA04)资助。