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射频识别(Radio Frequency Identification)技术是一种新兴的自动识别技术,近年来,RFID技术已广泛应用于物流管理、动物监控、产品生产、医疗监护、工业控制、门禁考勤等领域。在未来几年内,RFID技术将深入人们的生产生活,具有巨大的商业潜力和美好的发展前景。
标签是RFID系统中不可缺少的组成部分。由于具有高性能、低成本、识别速度快、识别距离远等优点,UHF(Ultra High Frequency)频段的无源标签得到了广泛的关注,是国内外研究的热点问题。
受成本等因素的制约,UHF频段的标签通常不含电源,需从RFID读写器产生的电磁场中提取能量才能正常工作。这使得UHF频段的无源标签的工作距离限制在数米以内,大大限制了该项技术的发展和应用。因此,如何减小无源标签的功耗,从而增加其工作距离,成为了UHF频段的标签设计的一个瓶颈问题。
从更为广泛的层面来看,集成电路的低功耗研究和设计也是热点问题。特别是进入深亚微米工艺或纳米工艺后,单位功耗迅速增加,若不采取有效手段降低集成电路的功耗,其工作性能、可靠性和成本将受到很大影响。功耗已经成为大规模集成电路设计领域中继性能、面积后的又一关键性问题,针对低功耗技术的研究具有重要的地位。特别是对于手机、PDA等移动产品和RFID标签等无源产品,对低功耗设计有十分迫切的需要。
UHF频段无源RFID标签的最佳设计目标是低成本、低功耗、安全、高可靠性和响应速度快。本论文在标签数字基带实现过程中对各项指标进行了合理权衡,以数字电路低功耗设计方法的研究和实践为主要切入点,将工作重心集中于RFID标签数字基带芯片的低功耗实现上,如采用低电压技术、多时钟技术;同时兼顾了面积、成本、速度和可靠性等指标的优化;设计了一款符合ISO/IEC18000-6B标准的低功耗无源RFID标签数字基带电路。基于TSMC0.18um混合信号CMOS工艺库,给出了标签数字基带的仿真结果和版图实现,并进行流片。最后对流片所得标签芯片进行了全面的测试。
测试结果表明论文实现的标签芯片的功能与预期一致、设计正确。标签芯片数字基带的平均功耗达到较为先进的低功耗标签设计水平,在技术上具有普遍的借鉴和参考价值,可应用超高频RFID系统下的各种应用场合。