超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片的射頻-模擬前端及微功耗EEPROM設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn).pdf

1、國(guó)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(guó)的廣泛認(rèn)同,并被提升至國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(xiàng)核心技術(shù)的最關(guān)鍵點(diǎn)之一。在 RFID的各種分類中,由于 UHF頻段的無源 RFID標(biāo)簽具有可遠(yuǎn)距離讀寫等優(yōu)點(diǎn),其又成為研究的重點(diǎn)。
　　本文即以此為背景,在對(duì)低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上,針對(duì)工作于無源狀態(tài)、UHF頻段的

2、 RFID標(biāo)簽芯片的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)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(biāo)簽芯片,并成功測(cè)試驗(yàn)證。研究?jī)?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(shí)現(xiàn)了芯片功耗優(yōu)化;同時(shí),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(zhǔn)電路和時(shí)鐘電路,其中:提出的一種亞閾值基準(zhǔn)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(shí)鐘校準(zhǔn)方案有效控制了時(shí)鐘校準(zhǔn)測(cè)試成本,實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘頻率實(shí)時(shí)、實(shí)地校準(zhǔn)?；谝陨显O(shè)計(jì)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(chǔ)器已經(jīng)成為 RFID走向?qū)嶋H應(yīng)用的最嚴(yán)重制約因素之一,而國(guó)內(nèi)外的研究相對(duì)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(chǔ)器,并針對(duì)其低功耗和可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)

4、行了相應(yīng)的研究。其中:從 EEPROM數(shù)據(jù)檢測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)制,該機(jī)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(shí),為提高 EEPROM的抗數(shù)據(jù)誤讀能力,通過全局時(shí)序控制和反饋兩種機(jī)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(shí)分高壓電荷泵電路,該電荷泵通過合理時(shí)序控制,實(shí)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(dòng)能力的情況下,有效降低了電荷泵上電階段高峰值電流。基于以上設(shè)計(jì)技術(shù)的 EEPROM作為一個(gè)單獨(dú)的 IP進(jìn)行流片測(cè)試,測(cè)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(cè)試成功,對(duì)解決便攜式應(yīng)用通用存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)難題具有同樣重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　最后,采用以上設(shè)計(jì)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(biāo)簽芯片。該標(biāo)簽芯