Disseny de circuit RF de xip transponder RFID UHF passiu

La identificació per radiofreqüència (radio frequency idenlificaTInn, RFID) és una tecnologia d'identificació automàtica que va sorgir a la dècada de 1990. La tecnologia RFID té molts avantatges que la tecnologia de codi de barres no té, i té una àmplia gamma d'aplicacions, que es poden utilitzar en la ciutadania de segona generació*, targeta de ciutat, transaccions financeres, gestió de la cadena de subministrament, ETC, control d'accés, gestió d'equipatges en aeroports, transport públic, identificació de contenidors, gestió del bestiar, etc. Per tant, és molt important dominar la tecnologia de fabricació de xips RFID. Actualment, les creixents demandes d'aplicacions han plantejat requisits més elevats per als xips RFID, que requereixen una capacitat més gran, un cost més baix, una mida més petita i una velocitat de dades més alta. D'acord amb aquesta situació, aquest article proposa un circuit de RF de xip transponder RFID UHF passiu de llarga distància i baixa potència.

Les freqüències de funcionament habituals de RFID inclouen baixa freqüència 125kHz, 134.2kHz, alta freqüència 13.56MHz, ultra-alta freqüència 860-930MHz, microones 2.45GHz, 5.8GHz, etc. utilitza la bobina com a antena i adopta el mètode d'acoblament inductiu, la distància de treball és relativament curta, generalment no supera els 1,2 m, i l'amplada de banda es limita a diversos kilohertz a Europa i altres regions. Però la UHF (860~93Uh1Hz) i el microones (2,45GHz, 5,8GHz) poden proporcionar una distància de treball més llarga, una velocitat de dades més alta i una mida d'antena més petita, de manera que s'ha convertit en un camp de recerca candent de RFID.

El xip de circuit de RF proposat en aquest article s'emet mitjançant un procés CMOS Chartered de 0,35 μm 2P4M que admet díodes Schottky i memòria de només lectura programable esborrable elèctricament (EEPROM). Els díodes Schottky tenen una resistència en sèrie baixa i una tensió directa i poden proporcionar una alta eficiència de conversió en convertir l'energia del senyal d'entrada de RF rebuda en font d'alimentació de CC, reduint així el consum d'energia. Quan la potència radiada isòtropa efectiva (EIRP) és de 4 W (36 dBm) i el guany de l'antena és de 0 dB, el xip del circuit de RF funciona a 915 MHz, la distància de lectura és superior a 3 m i el corrent de funcionament és inferior a 8 μA.

1 Estructura del circuit RF

El xip transponder UHF RF1D, que inclou principalment un circuit de radiofreqüència, un circuit de control lògic i una EEPROM. Entre ells, la part del circuit de radiofreqüència es pot dividir en els següents mòduls de circuits principals: oscil·lador local i circuit de generació de rellotge, circuit de restabliment d'encesa, font de referència de tensió, xarxa coincident i circuit de retrodispersió, rectificador, regulador de tensió i modulació d'amplitud (AM ) demodulador, etc. No hi ha components externs excepte l'antena. La part de l'antena adopta una estructura de dipol i es combina amb la impedància d'entrada del rectificador a través d'una xarxa coincident com a única font d'energia per a tot el xip. El seu model equivalent es mostra a la figura 2. La part real de la impedància de l'antena dipol consta de Rra i Rloss, on Rra és la impedància de radiació de l'antena dipol, que és inherent a l'antena dipol, generalment 73Ω, que representa la capacitat de l'antena per irradiar ones electromagnètiques; Rloss La resistència òhmica provocada pel metall utilitzat per fer l'antena generalment només genera calor. La part imaginària X de la impedància de l'antena és generalment positiva, perquè l'antena és generalment inductiva cap a l'exterior, i la mida d'aquesta inductància equivalent depèn generalment de la topologia de l'antena i del material del substrat. El rectificador converteix la potència del senyal d'entrada de RF acoblat en la tensió de CC requerida pel xip. El regulador de tensió estabilitza la tensió de CC a un cert nivell i limita la magnitud de la tensió de CC per protegir el xip de la ruptura a causa d'una tensió excessiva. El demodulador AM s'utilitza per extreure el senyal de dades corresponent del senyal portador rebut. El circuit de retrodispersió transmet les dades del transponder a l'interrogador RFID o al lector de targetes canviant la impedància del circuit de RF mitjançant una capacitat variable. El circuit de restabliment d'encesa s'utilitza per generar el senyal de restabliment de tot el xip. A diferència del transpondedor d'alta freqüència (HF) de 13,56 MHz, el transpondedor UHF de 915 MHz no pot obtenir un rellotge local dividint la freqüència de la portadora, però només pot proporcionar un rellotge per a la part del circuit lògic digital mitjançant un oscil·lador local de baixa potència integrat. . Tots aquests blocs de circuits s'explicaran amb detall un per un a continuació.

2 Disseny i anàlisi de circuits

2.1 Circuits rectificadors i reguladors de tensió

En aquest article, s'utilitza la bomba de càrrega Dickson composta per díodes Schottky com a circuit rectificador. El diagrama esquemàtic del circuit es mostra a la figura 3. Això és perquè els díodes Schottky tenen sèries baixesresistència i capacitat d'unió, que poden proporcionar una alta eficiència de conversió en convertir l'energia del senyal d'entrada de RF rebuda en font d'alimentació de CC, reduint així el consum d'energia. Tots els díodes Schottky estan connectats entre si mitjançant condensadors de poli-poli. Els condensadors verticals carreguen i emmagatzemen energia durant el mig cicle negatiu de la tensió d'entrada Vin, mentre que els condensadors laterals carreguen i emmagatzemen energia durant el mig cicle positiu de Vin per generar DC. Alta tensió, la tensió resultant és:

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

On Vp, RF és l'amplitud del senyal de radiofreqüència d'entrada, Vf, D és la tensió directa del díode Schottky, n és el nombre d'etapes de la bomba de càrrega utilitzada.

Estabilitzeu la sortida de tensió de CC del rectificador a un cert nivell i proporcioneu una tensió de treball estable per a tot el xip del transponder per garantir que l'amplitud de la tensió de CC no canviï a causa de la posició física del xip del transponder i evitar possibles cops de xip. desgast, per protegir el xip del transponder. El circuit adopta una estructura Cascnde auto-esbiaixada. La raó per triar aquesta estructura de circuit és que l'estructura Cascnde té l'efecte d'aïllament del tub de la porta comú, el que fa que tingui una bona capacitat per suprimir les fluctuacions de potència, millorant així la relació de rebuig de la font d'alimentació (PSRR). Assegurar l'estabilitat bàsica dels dos corrents de branca. La relació d'àrea de Q1 i Q2 és 1:8. A més, a diferència dels transpondedors RFID HF generals, hem adoptat una font de referència de tensió de baixa potència amb un circuit d'arrencada de baixa tensió en el disseny per reduir el consum total d'energia del xip.