Passiivinen UHF RFID -transponderisirun RF-piirisuunnittelu

Radiotaajuustunnistus (radio Frequency idenlificaTInn, RFID) on automaattinen tunnistusTekniikka, joka syntyi 1990-luvulla. RFID-teknologialla on monia etuja, joita viivakooditekniikalla ei ole, ja sillä on laaja valikoima sovelluksia, joita voidaan käyttää toisen sukupolven kansalaisuudessa*, kaupunkikortissa, rahoitustapahtumissa, toimitusketjun hallinnassa, ETC:ssä, kulunvalvonnassa, lentokenttien matkatavaroiden hallinnassa, joukkoliikenne, konttien tunnistaminen, karjanhoito jne. Siksi on erittäin tärkeää hallita RFID-sirujen valmistustekniikka. Tällä hetkellä kasvavat sovellusvaatimukset ovat asettaneet korkeampia vaatimuksia RFID-siruille, jotka edellyttävät suurempaa kapasiteettia, alhaisempia kustannuksia, pienempää kokoa ja suurempaa tiedonsiirtonopeutta. Tämän tilanteen mukaan tässä asiakirjassa ehdotetaan pitkän matkan, pienitehoista passiivista UHF RFID -transponderisirun RF-piiriä.

RFID:n yleisiä toimintataajuuksia ovat matalataajuus 125 kHz, 134,2 kHz, korkea taajuus 13,56 MHz, ultrakorkea taajuus 860-930 MHz, mikroaaltouuni 2,45 GHz, 5,8 GHz jne. Koska matalataajuinen 125 kHz, 134,2 kHz, 134,5 MHz. käyttää käämiä antennina ja ottaa käyttöön induktiivisen kytkentämenetelmän, työetäisyys on suhteellisen lyhyt, yleensä enintään 1,2 m, ja kaistanleveys on rajoitettu useisiin kilohertseihin Euroopassa ja muilla alueilla. Mutta UHF (860～93Uh1Hz) ja mikroaaltouuni (2,45 GHz, 5,8 GHz) voivat tarjota pidemmän työskentelyetäisyyden, suuremman tiedonsiirtonopeuden ja pienemmän antennikoon, joten siitä on tullut kuuma RFID-tutkimuskenttä.

Tässä asiakirjassa ehdotettu RF-piirisiru on teipattu käyttämällä Chartered 0,35 μm 2P4M CMOS-prosessia, joka tukee Schottky-diodeja ja sähköisesti pyyhittävää ohjelmoitavaa lukumuistia (EEPROM). Schottky-diodeissa on alhainen sarjavastus ja myötäjännite, ja ne voivat tarjota korkean muunnostehokkuuden muuttaessa vastaanotetun RF-tulosignaalin energiaa tasavirtalähteeksi, mikä vähentää virrankulutusta. Kun efektiivinen isotrooppinen säteilyteho (EIRP) on 4 W (36 dBm) ja antennin vahvistus on 0 dB, RF-piirisiru toimii 915 MHz:llä, lukuetäisyys on suurempi kuin 3 m ja käyttövirta alle 8 μA.

1 RF-piirin rakenne

UHF RF1D -transponderisiru, joka sisältää pääasiassa radiotaajuuspiirin, logiikkaohjauspiirin ja EEPROMin. Niistä radiotaajuuspiiriosa voidaan jakaa seuraaviin pääpiirimoduuleihin: paikallinen oskillaattori ja kellon generointipiiri, virran palautuspiiri, jännitteen referenssilähde, sovitusverkko ja takaisinsirontapiiri, tasasuuntaaja, jännitesäädin ja amplitudimodulaatio ( AM ) demodulaattori jne. Ulkoisia komponentteja ei ole antennin lisäksi. Antenniosassa on dipolirakenne ja se sovitetaan tasasuuntaajan tuloimpedanssiin sovitusverkon kautta ainoana energialähteenä koko sirulle. Sen vastaava malli on esitetty kuvassa 2. Reaaliosa dipoliantennin impedanssista koostuu Rra:sta ja Rlossista, missä Rra on dipoliantennille ominaisen dipoliantennin säteilyimpedanssi, yleensä 73Ω, joka edustaa antennin kyky säteillä sähkömagneettisia aaltoja; Rloss Antennin valmistukseen käytetyn metallin aiheuttama ohminen vastus tuottaa yleensä vain lämpöä. Antenniimpedanssin kuvitteellinen osa X on yleensä positiivinen, koska antenni on yleensä induktiivinen ulospäin ja tämän ekvivalentin induktanssin koko riippuu yleensä antennin topologiasta ja substraatin materiaalista. Tasasuuntaaja muuntaa kytketyn RF-tulosignaalin tehon sirun vaatimaksi tasajännitteeksi. Jännitteensäädin stabiloi tasajännitteen tietylle tasolle ja rajoittaa tasajännitteen suuruutta suojatakseen sirua ylijännitteen aiheuttamalta rikkoutumiselta. AM-demodulaattoria käytetään poimimaan vastaava datasignaali vastaanotetusta kantoaaltosignaalista. Takaisinsirontapiiri lähettää transponderitiedot RFID-kyselylaitteeseen tai kortinlukijaan muuttamalla RF-piirin impedanssia muuttuvan kapasitanssin avulla. Käynnistysreset-piiriä käytetään koko sirun palautussignaalin muodostamiseen. Toisin kuin 13,56 MHz:n suurtaajuinen (HF) transponderi, 915 MHz:n UHF-transponderi ei voi saada paikallista kelloa jakamalla taajuutta kantoaallosta, vaan se voi tarjota kellon vain digitaalisen logiikkapiirin osalle sisäänrakennetun pienitehoisen paikallisoskillaattorin kautta. . Kaikki nämä piirilohkot selitetään yksityiskohtaisesti yksitellen alla.

2 Piirin suunnittelu ja analyysi

2.1 Tasasuuntaajan ja jännitesäätimen piirit

Tässä artikkelissa Dickson-varauspumppua, joka koostuu Schottky-diodeista, käytetään tasasuuntaajana. Piirin kaavio on esitetty kuvassa 3. Tämä johtuu siitä, että Schottky-diodeilla on matala sarjavastus ja liitoskapasitanssi, jotka voivat tarjota korkean muunnostehokkuuden muuttaessa vastaanotetun RF-tulosignaalin energiaa tasavirtalähteeksi, mikä vähentää virrankulutusta. Kaikki Schottky-diodit on kytketty yhteen polypolykondensaattorilla. Pystykondensaattorit lataavat ja varastoivat energiaa tulojännitteen Vin negatiivisen puolijakson aikana, kun taas sivukondensaattorit lataavat ja varastoivat energiaa Vin:n positiivisen puolijakson aikana DC:n tuottamiseksi. Korkea jännite, tuloksena oleva jännite on:

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

Missä Vp, RF on tuloradiotaajuussignaalin amplitudi, Vf, D on Schottky-diodin myötäsuuntainen jännite, n on käytetyn latauspumpun portaiden lukumäärä.

Stabilisoi tasasuuntaajan tasajännitelähtö tietylle tasolle ja tarjoa vakaa käyttöjännite koko transponderisirulle varmistaaksesi, että DC-jännitteen amplitudi ei muutu transponderisirun fyysisen sijainnin vuoksi, ja vältä mahdolliset siruiskut. kulumista transponderisirun suojaamiseksi. Piiri ottaa itseohjautuvan Cascnde-rakenteen. Syynä tämän piirirakenteen valintaan on, että Cascnde-rakenteella on yhteisen porttiputken eristysvaikutus, mikä tekee siitä hyvän kyvyn vaimentaa tehonvaihteluja ja siten parantaa teholähteen hylkäyssuhdetta (PSRR). Kahden haaravirran perusvakauden varmistamiseksi. Q1:n ja Q2:n pinta-alasuhde on 1:8. Lisäksi, toisin kuin tavalliset HF RFID -transponderit, olemme ottaneet suunnittelussa käyttöön pienitehoisen jännitteen referenssilähteen, jossa on matalajännitteinen käynnistyspiiri, mikä vähentää sirun kokonaisvirrankulutusta.