Radio frekwensie kring met lae kragverbruik passiewe ultrahigh frekwensie radio frekwensie identifikasie transponder chip
Hierdie referaat stel 'n hoë-prestasie passiewe ultra-hoë frekwensie (UHF) radiofrekwensie identifikasie (RFID) transponder skyf radio frekwensie stroombaan voor wat voldoen aan die ISO / IEC18000-6B standaard. Die radiofrekwensie-stroombaan het geen eksterne komponente nie, behalwe die antenne, en ontvang energie vanaf die radiofrekwensie-elektromagnetiese veld deur 'n Schottky-diode-gelykrigter.
Netwerkingenieurs elektroniese entoesiaste • Bron: werfafwerking • Skrywer: Anoniem • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 0 keer gelees
Radio frekwensie kring met lae kragverbruik passiewe ultrahigh frekwensie radio frekwensie identifikasie transponder chip
Hierdie referaat stel 'n hoë-prestasie passiewe ultra-hoë frekwensie (UHF) radiofrekwensie identifikasie (RFID) transponder skyf radio frekwensie stroombaan voor wat voldoen aan die ISO / IEC18000-6B standaard. Die radiofrekwensie-stroombaan het geen eksterne komponente nie, behalwe die antenne, en ontvang energie vanaf die radiofrekwensie-elektromagnetiese veld deur 'n Schottky-diode-gelykrigter.
0 Voorwoord
Radiofrekwensie-identifikasie (RFID) is 'n outomatiese identifikasietegnologie wat in die negentigerjare ontstaan het. RFID-tegnologie het 'n verskeidenheid voordele wat strepieskode-tegnologie nie het nie, en dit het 'n wye verskeidenheid toepassings. Dit kan toegepas word op tweedegenerasie burger-ID-kaarte, stadskaarte, finansiële transaksies, voorsieningskettingbestuur, elektroniese publikasiefooie (ETC), toegangsbeheer, bagasiebestuur op die lughawe, openbare vervoer, houer-identifikasie, veebestuur, ens. Daarom is dit is baie belangrik om die tegnologie van die vervaardiging van RFID-skyfies te bemeester. Op die oomblik stel die toenemende aanvraag vir toepassings hoër vereistes vir RFID-skyfies, wat groter kapasiteit, laer koste, kleiner volume en hoër datatempo benodig. Volgens hierdie situasie word in hierdie artikel 'n passiewe UHF UHF UHF RFID-transponder-skyf-radiofrekwensie-stroombaan voorgestel vir langafstand.
Algemene werksfrekwensies van RFID sluit in lae frekwensie 125kHz, 134.2kHz, hoë frekwensie 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, mikrogolfoond 2.45GHz, 5.8GHz, ens. en gebruik induktors Die werkafstand is relatief kort, gewoonlik nie meer as 125 m nie, en die bandwydte is beperk tot 'n paar kilohertz in Europa en ander streke. UHF (134.2 ~ 13.56Uh1.2Hz) en mikrogolfoond (860 GHz, 93 GHz) kan egter langer werkafstand, hoër datatempo en kleiner antenna grootte bied, sodat dit 'n warm navorsingsveld van RFID geword het.
Die RF-stroombaan-skyfie wat in hierdie artikel voorgestel word, word met behulp van die Chartered 0.35μm 2P4M CM0S-proses opgeteken wat Schottky-diodes en elektries uitwisbare, programmeerbare leesgeheue (EEPROM) ondersteun. Schottky-diodes het 'n laer reeksweerstand en voorwaartse spanning en kan hoër omskakelingsdoeltreffendheid lewer as die ontvangs van die RF-insetseenergie in 'n GS-stroomtoevoer omgeskakel word, wat die kragverbruik verminder. As die effektiewe isotropiese uitgestraalde krag (EIRP) 4W (36dBm) is en die antennaversterking 0dB is, werk die radiofrekwensie-stroombaan op 915MHz, die leesafstand is groter as 3m en die werkstroom minder as 8μA.
1 RF-stroombaanstruktuur
Figuur 1 is die UHF RF1D transponder-skyfstelseldiagram, wat hoofsaaklik radiofrekwensiebane, logiese beheerkringe en EEPROM insluit. Onder hulle kan die radiofrekwensie-onderdeel in die volgende hoofstroommodules verdeel word: plaaslike ossillator- en klokopwekkingskring, aan-skakelkring-aanloopbaan, spanningsverwysingsbron, ooreenstemmende netwerk- en terugspreidingsbaan, gelykrigter, spanningsreguleerder en amplitudemodulasie (AM ) Demodulator, ens. Daar is geen eksterne komponente nie, behalwe die antenne, en die antenna-deel neem 'n dipoolstruktuur aan, en word ooreenstem met die ingangsimpedansie van die gelykrigter deur 'n ooreenstemmende netwerk, as die enigste energiebron vir die hele chip. Die ekwivalente model word in Figuur 2 getoon. Die werklike deel van die impedansie van 'n dipoolantenne bestaan uit twee dele, Rra en Rloss, waar Rra die stralingsimpedansie van die dipoolantenne is, wat inherent is aan die dipoolantenne, gewoonlik 73Ω, wat die vermoë van die antenna voorstel om elektromagnetiese golwe na buite uit te straal; Ross Die ohmiese weerstand van die metaal wat gebruik word om die antenne te vervaardig, genereer gewoonlik net hitte. Die denkbeeldige deel X van die antenne-impedansie is oor die algemeen positief. Dit is omdat die antenna gewoonlik induktief na buite is. Die grootte van die ekwivalente induktansie hang meestal af van die topologiese struktuur van die antenne en die substraatmateriaal. Die gelykrigter skakel die gekoppelde RF-insetseinkrag om na die GS-spanning wat die skyfie benodig. Die spanningsreguleerder stabiliseer die GS-spanning op 'n sekere vlak en beperk die amplitude van die DC-spanning om die skyfie te beskerm teen onklaarraking weens oormatige spanning. Die AM-demodulator word gebruik om die ooreenstemmende datasignaal uit die ontvangsdraer sein te haal. Die backscatter-stroombaan gebruik 'n veranderlike kondensator om die impedansie van die radiofrekwensie-kring te verander en sodoende die transponderdata na die RFID-ondervraer of kaartleser te stuur. Die aanskakel-stroombaan word gebruik om 'n reset-sein vir die hele skyfie te genereer. In teenstelling met die 13.56MHz hoëfrekwensie (HF) transponder, kan die 915MHz UHF transponder nie 'n plaaslike klok van die draerfrekwensie verkry nie, maar kan slegs 'n klok vir die digitale logiese stroombaandeel verskaf deur middel van 'n ingeboude lae-krag plaaslike ossillator. Al hierdie stroombaanmodules word hieronder een vir een volledig beskryf.
Figuur 1 UHF RF1D transponder-skyfstelseldiagram
2 Ekwivalente elektriese model van transponderantenne
2 Kringontwerp en -ontleding
2.1 Gelykrigter en reguleerderstroombaan
In hierdie artikel word 'n Dickson-laadpomp wat bestaan uit Schottky-diodes, as die gelykrigterstroombaan gebruik. Die skematiese diagram van die stroombaan word in Figuur 3 getoon. Dit is omdat Schottky-diodes 'n laer reeksweerstand en 'n aansluitingskapasitansie het en hoër omskakelingsdoeltreffendheid kan lewer wanneer die ontvangs van die RF-insetseenergie in 'n GS-stroomtoevoer omgeskakel word, wat die kragverbruik verminder. Alle Schottky-diodes is met mekaar verbind deur polipoly-kondensators. Die vertikale kondensator word gelaai en gestoor in die negatiewe halfsiklus van die insetspanning Vin, en die horisontale kondensator word gelaai en gestoor in die positiewe halfsiklus van Vin, wat die hoë spanning DC opwek, die resulterende spanning is:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Vp, RF is die amplitude van die ingangsradiofrekwensie sein, Vf, D is die voorwaartse spanning van die Schottky-diode, en n is die aantal gebruikte laadpompstadia.
Figuur 4 Kringdiagram van die spanningsreguleerder
2.2 Passende netwerk- en terugspreidingsbaan
In teenstelling met die 13.56 MHz HF-transponder, gebruik die UHF-band RFID-transponder 'n dipoolantenne. Figuur 5 is 'n SPICE (simulasieprogram met geïntegreerde stroombaan beklemtoon) ekwivalente stroombaandiagram van die transponder en die antenne. In hierdie ekwivalente SPICE-kringmodel is die ontvangde RF-draersignaal Vs, die impedansie van die antenne Zs = Rs + jXL, wat beskou kan word as die interne weerstand van die spanningsbron Vs, en die ekwivalente invoerimpedansie van die transponder-skyf is ZL = RL-jXL. Daarom, wanneer ZL = Zs *, word die impedansie gekoppel en is die kragoordrag maksimum. In die geval van impedansie-aanpassing, vanuit die perspektief van die transponder met antenne, moet die verkreë impedansie Z = 2RL wees, dus kry ons die verhouding tussen die ontvangkrag Pre en die spanningswaai VS as sy:
Dan is die spannings-Vin-invoer aan albei kante van die skyfie:
Om impedansie-aanpassing te bewerkstellig, moet die stroombaan ook impedansie-transformasie op die ooreenstemmende netwerk uitvoer, sodat die interne weerstand van die antenne en die ingangsimpedansie van die radiofrekwensie-onderdeel konjugaat-aanpassing kan bereik, dus gebruik ons 'n L-tipe ooreenstemmende netwerk. As gevolg van die hoë koste van chip-geïntegreerde induktors en lae akkuraatheid, gebruik ons die induktansie van die antenna as 'n bypassende induktor om die bypassende kondensator in die chip te integreer. Na berekening is die invoerimpedansie van die radiofrekwensiebaan ongeveer (105-j406) Ω.
Figuur 5 SPICE ekwivalente stroombaandiagram van transponder en antenne
Figuur 6 is 'n skematiese diagram van die terugverspreidingsbaan. Die backscatter-stroombaan gebruik 'n veranderlike kondensator om die impedansie van die radiofrekwensie-kring te verander en sodoende die transponderdata na die RFID-ondervraer of kaartleser te stuur. Die veranderlike kapasitansie word gerealiseer deur MOS varactor. In die standaard CMOS-proses kan ons die spanningsbeheerde veranderlike kapasitansie vanaf die hek van die MOS-buis na die substraat gebruik, en die hek van die MOS-varactor as een punt van die kondensator en die bronuiteinde verbind. ander kant van die kondensator.
2.3 AM demodulator stroombaan
Die AM-demodulatorstroombaan word gebruik om die ontvangde gemoduleerde draer in 'n digitale sein vir die basisbandverwerking te herstel. Die demodulasiekring bestaan uit 'n omhulselopsporingskring, 'n filterkring en 'n vergelyker (soos getoon in Figuur 7). Die vergelyker gebruik die Hysteresis-vergelyker om die bitfoutsyfer te verlaag. Die koevertdetektor gebruik dieselfde stroombaan as die gelykrigter om die koevert sein te onttrek. Die laagdeurlaatfilter word gebruik om ruisseine en rimpelings op die kragtoevoer uit te skakel. Laastens word die koevert sein herstel na 'n digitale sein by die uitset van die vergelyker deur die histerese vergelyker.
Figuur 7 AM demodulator skematiese diagram
2.4 Aanskakel-reset-stroombaan
Die aanskakel-stroombaan het twee hooffunksies. Een daarvan is dat wanneer die transponder die effektiewe area van die ondervraer of kaartleser binnegaan en die kragbron die normale werkpotensiaal bereik het, sal dit 'n reset-sein vir die hele skyfie genereer; die tweede is wanneer die kragbron skielik daal. As die stroombaan teruggestel word, kan dit voorkom dat die logiese stroombaan funksioneer. Figuur 8 is 'n stroombaandiagram vir aan- en terugstel, die vertragingstyd van die stroomaansluiting van die stroombaan is 10μs. As die tyd steeds van nul af toeneem en die inspanningsspanning 2.4V oorskry, word die P-buis MP1 en die N-buis MN1 eers aangeskakel, wat die potensiaal van punte A en B geleidelik laat styg van 0 met die toename van Yu, na omgekeerde fase Die hekspannings van die MP2- en MN2-transistors verander almal lineêr met die opkoms van VDD, dus aan die begin word MN2 aangeskakel en MP2 afgeskakel, sodat die spanning by punt C altyd 0 is (effektiewe reset) . Wanneer VDD 'n hoër potensiaal bereik, styg die potensiaal by punt A terselfdertyd ook tot 'n sekere vlak, wat die MN2-buis afsny. Op die oomblik word die MP2-buis aangeskakel en die potensiaal op punt C styg vinnig. Na 'n aantal vlakke buffers word 'n slaaf verkry. Logika 0 tot 1 oorgangseinuitset, sodat die stroombaan normaal begin werk. Die kaskadering van die volgende fases van buffers en kapasitiewe belastings is om 'n tydsvertraging van ongeveer 10μs te verkry, dit wil sê, wanneer VDD hoër is as 2.4V en 10μs hou, voltooi die reset-sein die sprong om die stabiele werking van die stroombaan. Die simulasie-resultate is soos volg getoon in Figuur 9.
Figuur 8 Sketsdiagram vir die herstel van die stroombaan
Figuur 9 Resultate van simulasies vir die herstel van die stroombaan
2.5 Plaaslike ossillator- en klokgenerasie-stroombaan
In teenstelling met die 13.56 MHz HF-transponder, kan die 915 MHz UHF-transponder nie 'n plaaslike klok vanaf die draerfrekwensie verkry nie, maar slegs 'n horlosie vir die digitale logiese stroombaan deur 'n ingeboude lae-krag plaaslike ossillator verskaf. Die klokfrekwensie kan 'n fout van ± 30% aanvaar, en die akkuraatheid van die klokfrekwensie is nie hoog nie, dus kan 'n relatiewe eenvoudige ossillatorstruktuur gebruik word om die kragverbruik van die skyfie te verminder. Na ontleding het ons besluit om 'n ring-ossillator te gebruik wat bestaan uit onewe getelde volle differensiaal-omskakelaars, wat nie net die verandering van die gewone modus spanning kan onderdruk nie, maar ook goeie onderdrukkingseienskappe van kraglewering kan verkry. Figuur 10 is 'n skematiese diagram van die plaaslike ossillator- en klokopwekkingskring. Na die simulasietoets, met inagneming van die volle temperatuurtoestande, kragbron en veranderings in die proseshoek, is die uitsetfrekwensie van die stroombaan ongeveer 250 kHz, en die variasiefout daarvan verseker dat die bitsnelheidsakkuraatheid van die data minder as 15% van die VDD is. Die werkverrigting het geen impak nie en daar word beter aan die stelselontwerpvereistes voldoen. Figuur 11 toon die kloksein wat deur simulasie verkry word.
Figuur 10 Skematiese diagram van plaaslike ossillator en klokopwekkingskring
Figuur 11 Kloksein verkry deur simulasie
3 Toetsresultate en analise
Die radiofrekwensie-stroombaan gebruik 'n geoktrooieerde 0.35μm 2P4M CMOS-proses wat Schottky-diode en EEPROM ondersteun vir bandopname. Die kernstroomskyfie-area sonder I / O-pads (PAD) is 300μm × 720μm. Behalwe vir die twee PAD's wat gebruik word om eksterne antennas aan te sluit, word die oorblywende PAD's vir skyffunksietoetsing gebruik. Figuur 12 is die golfvormdiagram wat verkry word nadat die radiofrekwensie-skyfie aan die eksterne antenne gekoppel is en die kaartleser op kommunikasie getoets word. Die toets word uitgevoer met behulp van die THM6BC1-915 UHF RFID-kaartleser van Beijing Tsinghua Tongfang Microelectronics Co., Ltd. wat voldoen aan die ISO / IEC 18000-6B-standaard. Figuur 12 (a) is die VDD-golfvorm wat deur die gelykrigter- en spanningsreguleerderstroombaan verkry word nadat die radiofrekwensie sein wat deur die kaartleser gestuur is, ontvang is. Die gemiddelde waarde is 3.3 V, en daar is net 'n rimpel van minder as 20 mV, wat goed bevredig word. Daar word aan die ontwerpindeksvereistes voldoen. Figuur 12 (b) toon die digitale sein wat deur die kaartleser gestuur word, verkry deur die demodulasie van die RF-stroombaan. Nadat die EIRP 4W (36dBm) is en die antennaversterking OdB is, werk die radiofrekwensie-skyfie op 915MHz, die leesafstand is groter as 3m en die werkstroom minder as 8μA.
Figuur 12 Toets golfvormdiagram van RF-stroombaanskyfie
4 Gevolgtrekking
Hierdie artikel stel 'n passiewe UHF RFID-transponder-skyfradiofrekwensie-kring voor wat aan die ISO / IEC 18000-6B standaard voldoen. Die radiofrekwensie-kring werk op 915MHz en het geen eksterne komponente nie, behalwe die antenne. Dit gebruik Schottky-diodes. Die gelykrigter ontvang energie vanaf die radiofrekwensie elektromagnetiese veld. Die geoktrooieerde 0.35μm 2P4M CMQS-proses wat Schottky-diodes en EEPROM ondersteun, word gebruik vir bandopname, en die kernoppervlakte daarvan is 300μm × 720μm. Die RFID-radiofrekwensie-kring bevat verskeie hoofmodules soos plaaslike ossillator, klokgenerasie-stroombaan, reset-stroombaan, ooreenstemmende netwerk- en terugverspreidingsbaan, gelykrigter, spanningsreguleerder en AM-demodulator. Hierdie teks ontwerp en optimaliseer elke modulekring, ontwerp die radiofrekwensie-kring met 'n lae kragverbruik wat voldoen aan die standaardvereiste. Die toets is uitgevoer met 'n THM6BC1-915Y2 UHF RFID-kaartleser wat voldoen aan die ISO / IEC 18000-6B-standaard. Die toetsresultate toon dat die leesafstand groter is as 3m en dat die resultaat aan die indeksvereistes van die passiewe UHF RFID-transponderstelsel voldoen.
Ons ander produk:
