超高頻射頻識別標簽芯片的射頻-模擬前端及微功耗EEPROM設(shè)計實現(xiàn).pdf

1、國際電信聯(lián)盟于2005年提出了―物聯(lián)網(wǎng)‖這一概念,自此,物聯(lián)網(wǎng)迅速獲得世界各國的廣泛認同,并被提升至國家經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略高度。而 RFID由于其基礎(chǔ)性作用以及能為物體提供物聯(lián)網(wǎng)入口的基本能力,成為了物聯(lián)網(wǎng)各項核心技術(shù)的最關(guān)鍵點之一。在 RFID的各種分類中,由于 UHF頻段的無源 RFID標簽具有可遠距離讀寫等優(yōu)點,其又成為研究的重點。
　　本文即以此為背景,在對低功耗設(shè)計技術(shù)歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對工作于無源狀態(tài)、UHF頻段的

2、 RFID標簽芯片的相關(guān)設(shè)計技術(shù)進行了研究,相應(yīng)研究成果最終轉(zhuǎn)化為完整的無源 UHF RFID標簽芯片,并成功測試驗證。研究內(nèi)容包括:
　　首先,提出了一種亞閾值 UHF RFID射頻/模擬前端電路。該射頻/模擬前端電路通過全局能量管理的方式從系統(tǒng)架構(gòu)層次實現(xiàn)了芯片功耗優(yōu)化;同時,本文提出了射頻/模擬前端子電路的完整解決方案,并著重研究了基準電路和時鐘電路,其中:提出的一種亞閾值基準電路折中解決了其功耗、精度和芯片面積問題,并通過

3、―虛擬二極管‖技術(shù)解決了襯底偏置效應(yīng)引起的精度偏差;提出的時鐘校準方案有效控制了時鐘校準測試成本,實現(xiàn)了時鐘頻率實時、實地校準。基于以上設(shè)計技術(shù)的射頻/模擬前端其工作電流為3.6μA,滿足無源 UHF RFID應(yīng)用需求。
　　其次,微功耗存儲器已經(jīng)成為 RFID走向?qū)嶋H應(yīng)用的最嚴重制約因素之一,而國內(nèi)外的研究相對很少?；诖?本文從工藝成本以及工藝成熟度考慮,采用EEPROM作為 RFID的存儲器,并針對其低功耗和可靠性設(shè)計技術(shù)進

4、行了相應(yīng)的研究。其中:從 EEPROM數(shù)據(jù)檢測機理出發(fā),提出了一種新的預(yù)充電——自適應(yīng)數(shù)據(jù)檢測機制,該機制切斷了從電源到地的直流通路,因此有效降低了 EEPROM的讀功耗。同時,為提高 EEPROM的抗數(shù)據(jù)誤讀能力,通過全局時序控制和反饋兩種機制,使讀電路獲得了工藝參數(shù)自適應(yīng)能力,提高了讀電路的可靠性;本文還提出了一種低上電峰值電流時分高壓電荷泵電路,該電荷泵通過合理時序控制,實現(xiàn)了電荷泵 pipeline上電,在幾乎不增加功耗和芯片成

5、本開銷,不損失泵浦效率和驅(qū)動能力的情況下,有效降低了電荷泵上電階段高峰值電流?；谝陨显O(shè)計技術(shù)的 EEPROM作為一個單獨的 IP進行流片測試,測試結(jié)果顯示,其讀、寫電流分別為1.18μA和33μA。該微功耗 EEPROM IP的測試成功,對解決便攜式應(yīng)用通用存儲器的設(shè)計難題具有同樣重要的現(xiàn)實意義。
　　最后,采用以上設(shè)計技術(shù)的射頻/模擬前端和 EEPROM與所開發(fā)的數(shù)字基帶構(gòu)成了一款完整的無源 UHF RFID標簽芯片。該標簽芯