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射频识别(RFID)是一种非接触自动识别技术,综合高频技术、电磁兼容、半导体技术、数据保护、密码学、通信原理等学科。RFID具有方便快捷、安全可靠的特点,在物流、财务、门控、自动化、国防等方面蓬勃发展和广泛应用。本文分析RFID技术工作原理,设计了RFID的模拟前端电路,采用全CMOS工艺,并通过HSPICE的仿真。
非接触式IC卡是射频识别系统的组成部分,其能量和数据的无线传输是通过其中的模拟前端电路来完成的。本文设计的非接触式Ic卡模拟前端电路符合ISO15693,由电源产生电路、调制解调电路、上电复位电路和时钟产生电路等几部分构成。电路的仿真中选用耦合系数k=0.005~0.25;电源产生电路为应答器工作提供稳定的、受外界环境影响小的电源电压,并且提供大的工作电流以满足电路工作时的需要;设计了三套电源电路分别向模拟电路、数字逻辑和EEPROM供电,以消除它们工作时的相互干扰;引入隔离电路,有效防止数字电路工作噪声散播进入外部空间,大大提高了射频卡的安全性。对信号的调制是采用电阻负载调制方式,根据对负载调制原理的分析,我们用一个比较简单的电路便可实现对信号的调制;对信号的解调则把天线上感应到的高频信号先进行包络检波和滤波,然后在对其进行电压检测,从而恢复它的数字信号,设计了两套不同的解调电路使得非接触式IC卡系统可以兼容阅读器发送的100%振幅键控和10%振幅键控的调制信号;在保证通讯距离的前提下解调电路和调制电路采用简单电路设计,降低成本。电路中设置上电复位电路,它给出一个复位信号,为卡内的时序电路设定一个合适的初始状态,以防止出现逻辑混乱;时钟提取电路从射频信号中提取时钟,支持整个IC卡中的数字逻辑系统运行。非接触式IC卡自身功耗的大小,很大程度上决定了IC卡的工作距离,电路设计考虑了低功耗的要求,设计合理有效的电路,取得低功耗性能。
本文设计的模拟前端电路,采用0.35um CMOS工艺,并通过HSPICE的仿真进行了一系列的调试,符合:ISO15693标准。电路规模小便于集成,具有低功耗、低成本、高性能的优势。