射頻識別標簽芯片關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn).pdf

1、射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。近些年，射頻識別技術(shù)以快速增長趨勢在供應(yīng)鏈、門禁、公交系統(tǒng)、行李跟蹤等領(lǐng)域應(yīng)用。不同的領(lǐng)域，對射頻識別系統(tǒng)的要求也不一樣。隨著射頻識別技術(shù)的逐步應(yīng)用，對其更低成本和更長識別距離的需求越來越迫切。射頻識別標簽主要分為無源標簽和有源標簽兩種類型，無源標簽的能量來自讀寫器發(fā)射的射頻能量，有源標簽的能量來自其

2、內(nèi)置電源。無源標簽具有低成本、幾乎無使用壽命限制等優(yōu)點。本論文系統(tǒng)地論述了無源標簽芯片的設(shè)計與實現(xiàn)。
　　 首先，分別論述了基于電感耦合和電磁波反向散射兩種不同工作原理的射頻識別系統(tǒng)的能量和數(shù)據(jù)傳輸數(shù)學模型，以支撐射頻識別標簽芯片的設(shè)計和驗證。
　　 其次，分別對無源射頻識別標簽芯片中的高轉(zhuǎn)換效率的射頻能量獲取、低功耗低成本嵌入式EEPROM、安全認證等核心關(guān)鍵技術(shù)進行研究與設(shè)計。射頻識別系統(tǒng)對標簽的識別距離與整流電路的

3、能量轉(zhuǎn)換效率成正比，本論文對MOS柵交叉連接整流器和電荷泵倍壓器兩種整流電路結(jié)構(gòu)進行研究，實現(xiàn)的NMOS柵交叉連接整流電路的能量轉(zhuǎn)換效率為34.46[％]，并給出提高電荷泵倍壓器的能量轉(zhuǎn)換效率和標簽天線上最大可用功率的利用率的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　 基于SMIC 0.35μm 2P3M嵌入式EEPROM工藝實現(xiàn)了一款2K-bit的EEPROM存儲器。該存儲器能夠在寬電壓范圍工作：2.5V-5V，典型值3.3V。通過增加控制管的方法

4、改善了靜態(tài)功耗，采用緩變的傾斜時鐘的方法有效地降低了電荷泵升壓電路升壓時的瞬態(tài)功耗，所提出的基于電壓檢測方式的靈敏放大器大大降低了EEPROM的讀功耗。此外，對頁單元譯碼配置和電源分配電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計有效地降低了芯片的面積。典型情況下，讀電流僅為40μA，擦寫峰值電流為250μA，靜態(tài)工作電流為20μA，其Core尺寸0.4mm2。
　　 利用單向散列(Hash)函數(shù)來構(gòu)建安全的消息認證碼的方法，提出一種基于通用Hash函數(shù)的

5、輕量級RFID安全交互認證協(xié)議，并采用多重Hash函數(shù)的Toeplitz方法產(chǎn)生64位認證碼，給出兼容ISO/IEC 15693標準的RFID安全協(xié)議指令，采用所提出的安全認證協(xié)議后的標簽芯片僅需增加1604個標準單元的成本和130 μW的功耗。
　　 在論文的最后實現(xiàn)了一款高頻射頻識別標簽芯片，并提出了一種符合ISO/IEC 15693標準的射頻識別標簽芯片的電感耦合系統(tǒng)驗證模型。驗證結(jié)果顯示：所設(shè)計的高頻標簽芯片能夠工作在標