Passief UHF RFID-transponderchip RF-circuitontwerp

Radiofrequentie-identificatie (radiofrequentie-identificatie, RFID) is een automatische identificatietechnologie die in de jaren 90 ontstond. RFID-technologie heeft veel voordelen die barcodetechnologie niet heeft en heeft een breed scala aan toepassingen, die kunnen worden gebruikt in tweede-generatieburgerschap*, stadspas, financiële transacties, supply chain management, ETC, Toegangscontrole, luchthavens Bagagebeheer, openbaar vervoer, containeridentificatie, veehouderijbeheer, enz. Daarom is het erg belangrijk om de technologie van het vervaardigen van RFID-chips onder de knie te krijgen. Op dit moment hebben de toenemende toepassingseisen hogere eisen gesteld aan RFID-chips, die een grotere capaciteit, lagere kosten, kleinere afmetingen en hogere gegevenssnelheid vereisen. Volgens deze situatie stelt dit artikel een passief UHF RFID-transponderchip-RF-circuit voor lange afstanden en een laag vermogen voor.

Veelvoorkomende werkfrequenties van RFID zijn lage frequentie 125 kHz, 134,2 kHz, hoge frequentie 13,56 MHz, ultrahoge frequentie 860-930 MHz, microgolf 2,45 GHz, 5,8 GHz, enz. Omdat het lage frequentie 125 kHz, 134,2 kHz, het hoge frequentie 13,56 MHz systeem de spoel als antenne gebruikt en de methode van inductieve koppeling toepast, is de werkafstand relatief kort, over het algemeen niet meer dan 1,2 m, en is de bandbreedte beperkt tot enkele kilohertz in Europa en andere regio's. Maar UHF (860 ～ 93 Uh1 Hz) en microgolf (2,45 GHz, 5,8 GHz) kunnen een langere werkafstand, hogere gegevenssnelheid en kleinere antennegrootte bieden, dus het is een hot onderzoeksgebied van RFID geworden.

De RF-circuitchip die in dit artikel wordt voorgesteld, is tape-out met behulp van Chartered 0,35 μm 2P4M CMOS-proces dat Schottky-diodes en Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) ondersteunt. Schottky-diodes hebben een lage serieweerstand en voorwaartse spanning en kunnen een hoge conversie-efficiëntie bieden bij het omzetten van ontvangen RF-ingangssignaalenergie in DC-voeding, waardoor het stroomverbruik wordt verminderd. Wanneer het effectieve isotrope uitgestraalde vermogen (EIRP) 4 W (36 dBm) is en de antenneversterking 0 dB is, werkt de RF-circuitchip op 915 MHz, is de leesafstand groter dan 3 m en is de bedrijfsstroom minder dan 8 μA.

1 RF-circuitstructuur

De UHF RF1D-transponderchip, die voornamelijk een radiofrequentiecircuit, een logisch besturingscircuit en een EEPROM omvat. Daaronder kan het radiofrequentiecircuitdeel worden onderverdeeld in de volgende hoofdcircuitmodules: lokale oscillator en klokgeneratiecircuit, power-on resetcircuit, spanningsreferentiebron, matching network en backscattercircuit, gelijkrichter, spanningsregelaar en amplitudemodulatie (AM) demodulator, enz. Er zijn geen externe componenten behalve de antenne. Het antennedeel neemt een dipoolstructuur aan en is afgestemd op de ingangsimpedantie van de gelijkrichter via een matching network als enige energiebron voor de hele chip. Het equivalente model wordt getoond in Figuur 2. Het reële deel van de impedantie van de dipoolantenne bestaat uit Rra en Rloss, waarbij Rra de stralingsimpedantie van de dipoolantenne is, die inherent is aan de dipoolantenne, over het algemeen 73Ω, wat het vermogen van de antenne weergeeft om elektromagnetische golven uit te stralen; Rloss De ohmse weerstand die wordt veroorzaakt door het metaal dat wordt gebruikt om de antenne te maken, genereert over het algemeen alleen warmte. Het imaginaire deel X van de antenne-impedantie is over het algemeen positief, omdat de antenne over het algemeen inductief is naar buiten toe, en de grootte van deze equivalente inductie hangt over het algemeen af van de topologie van de antenne en het materiaal van het substraat. De gelijkrichter zet het vermogen van het gekoppelde RF-ingangssignaal om in de DC-spanning die de chip nodig heeft. De spanningsregelaar stabiliseert de DC-spanning op een bepaald niveau en beperkt de grootte van de DC-spanning om de chip te beschermen tegen doorslag door overmatige spanning. De AM-demodulator wordt gebruikt om het overeenkomstige datasignaal uit het ontvangen draaggolfsignaal te halen. Het backscattercircuit verzendt de transpondergegevens naar de RFID-interrogator of kaartlezer door de impedantie van het RF-circuit te veranderen via variabele capaciteit. Het power-on resetcircuit wordt gebruikt om het resetsignaal van de hele chip te genereren. In tegenstelling tot de 13,56 MHz hoge frequentie (HF) transponder, kan de 915 MHz UHF-transponder geen lokale klok verkrijgen door de frequentie van de draaggolf te delen, maar kan alleen een klok leveren voor het digitale logische circuitgedeelte via een ingebouwde lokale oscillator met laag vermogen. Al deze circuitblokken worden hieronder één voor één in detail uitgelegd.

2 Circuitontwerp en -analyse

2.1 Gelijkrichter- en spanningsregelaarcircuits

In dit artikel wordt de Dickson-ladingpomp bestaande uit Schottky-diodes gebruikt als het gelijkrichtercircuit. Het schema van het circuit is weergegeven in Figuur 3. Dit komt doordat Schottky-diodes een lage seriespanning hebben.weerstand en junctiecapaciteit, die een hoge conversie-efficiëntie kunnen bieden bij het omzetten van ontvangen RF-ingangssignaalenergie in DC-voeding, waardoor het stroomverbruik wordt verminderd. Alle Schottky-diodes zijn met elkaar verbonden door poly-polycondensatoren. De verticale condensatoren laden en slaan energie op tijdens de negatieve halve cyclus van de ingangsspanning Vin, terwijl de laterale condensatoren laden en energie opslaan tijdens de positieve halve cyclus van Vin om DC te genereren. Hoge spanning, de resulterende spanning is:

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

Waarbij Vp, RF de amplitude is van het ingangsradiofrequentiesignaal, Vf, D de voorwaartse spanning van de Schottky-diode, n het aantal fasen van de gebruikte laadpomp is.

Stabiliseer de DC-spanningsuitgang door de gelijkrichter op een bepaald niveau en zorg voor een stabiele werkspanning voor de gehele transponderchip om ervoor te zorgen dat de DC-spanningsamplitude niet verandert door de fysieke positie van de transponderchip en vermijd mogelijke chipschokken. slijtage, om de transponderchip te beschermen. Het circuit neemt een zelfvoorgespannen Cascnde-structuur aan. De reden voor het kiezen van deze circuitstructuur is dat de Cascnde-structuur het isolatie-effect heeft van de gemeenschappelijke poortbuis, waardoor deze een goed vermogen heeft om vermogensschommelingen te onderdrukken, waardoor de voedingsonderdrukkingsverhouding (PSRR) wordt verbeterd. Om de basisstabiliteit van de twee vertakkingsstromen te garanderen. De oppervlakteverhouding van Q1 en Q2 is 1:8. Bovendien hebben we, in tegenstelling tot algemene HF RFID-transponders, een referentiebron met een laag vermogen en een laagspanningsstartcircuit in het ontwerp opgenomen om het totale stroomverbruik van de chip te verminderen.