超高频射频识别系统信号特征分析及应用

基于无源标签的超高频射频识别系统由于其上下行通信的不对称性,读写器和标签在基带分别采用PIE和FM0/Miller编码。通过分析和计算得到了其各自的功率谱特征,并依此确定了第一零点带宽与数据率的关系。同时,在读写器发射信号分别采用DSB-ASK、SSB-ASK及PR-ASK调制时,通过数值仿真得到了PIE编码数据在经过基带脉冲成形滤波器调制后的功率谱及相应的邻道功率抑制,并给出了在一定信道带宽条件下,优化的通信数据率选择方案。

一种用于900MHz射频识别(RFID)读写器芯片的1.8V CMOS直接变频接收机(英文)

设计了针对解决900MHz RFID读写器收发机芯片中本地载波干扰问题而优化的直接变频接收机,并在0.18μm 1P6M混合信号CMOS工艺上实现验证.设计中使用了一种串联反馈结构的基带放大器以达到同时实现无源混频器输出缓冲,直流消除以及信号放大的功能.实际测量显示,该接收机的输入1dB压缩点为-4dBm,当中频信号解调信噪比要求为10dB时,可达到的灵敏度为-70dBm.该接收机与整个收发机集成在同一块芯片中,使用1.8V电源电压,工作时静态电流为90mA.

基于超高频RFID的实时定位系统的建模与仿真(英文)

基于超高频RFID的实时定位系统将大大拓展RFID的应用。在研究超高频RFID数据传输原理的基础上,提出了基于超高频RFID的实时定位系统的基本架构,并在Matlab/Simulink中进行了整个系统的行为级建模。此外,还对RFID收发机和信道的非理想因素进行了详细的建模来模拟实际的工作环境。仿真结果验证了模型的可靠性,并为后面的实现提供了指导。

一种用于超高频RFID阅读器的正交下变频混频器的分析与设计(英文)

分析了共用跨导级的正交下变频混频器的性能,包括电压转换增益、线性度、噪声系数和镜象抑制比,分析表明其在电流开关模式下比传统的Gilbert混频器对具有更好的性能.设计并优化了一个基于共用跨导级结构的用于超高频RFID阅读器的正交下变频混频器.在915MHz频段上,该混频器测得12.5dB的转换增益,10dBm的IIP3 ,58dBm的IIP2和17.6dB的SSB噪声系数.芯片采用0.18μm 1P6M RF CMOS工艺实现,在1.8V的电源电压下仅消耗3mA电流.

一种适用于射频电子标签的超低功耗嵌入式EEPROM(英文)

采用Chartered0.35μmEEPROM工艺设计并实现了一个适用于无源射频电子标签的256位超低功耗EE PROM存储器.芯片实现了块编程和擦写功能,并通过优化敏感放大器和控制逻辑的结构,实现了读存储器时间和功耗的最优化.最后给出了芯片在编程/擦写/读操作情况下的功耗测试结果.在电源电压为1.8V,数据率为640kHz时,EEPROM编程/擦写的平均功耗约为68μA,读操作平均功耗约为0.6μA.

用于射频SOC芯片的低噪声高电源抑制比LDO

设计了一种能够为射频芯片提供低噪声、高PSRR、全集成LDO。采用SMIC 0.18μm RF工艺实现,芯片有效面积0.11 mm^2。测试结果表明:当输出电流从0跳变为20 mA时,最大Ripple为100 mV,稳定时间2μs;当输出电流为20mA,频率到1 MHz的情况下,PSRR<-30 dB;从1～100 kHz的频率范围内输出电压积分噪声为21.4μVrms;在整个工作电压范围内(2.1～3.3 V)输入电压调整率<0.1%;在整个输出电流的范围内(0～20 mA),负载调整率<0.44%;LDO消耗了380μA的电流(其中Bandgap消耗了260μA的电流)。

一种预测型电流模式数字控制的单电感双输出降压型DC-DC转换器

本文提出了一种针对单电感双输出DC-DC转换器的基于电流模式的数字控制的预测算法.这种预测算法在当前开关周期内基于电流基准值计算下一个开关周期内各路输出对应的能量分配占空比,基于电感电流谷值和基准电流之间的误差计算整体能量产生占空比.每路输出对应的能量分配占空比的计算都基于表征自身负载电流的电流基准值,而每路输出对应的反馈环路近乎相互独立,所以理论上可以消除输出之间的交调影响.本文还采用了电感电流估算技术从而不需要复杂的电流检测电路.系统仿真结果验证了这种控制方式和预测算法的可行性与正确性.

应用于接收机AGC环路中的SAR ADC

提出了一种应用于射频接收机自动增益控制(AGC)环路中的10位1 MS/s逐次逼近型模数转换器(SARADC)。动态高精度比较器和自举开关技术应用在设计中,在保证转换速度和精度的同时,降低了电路功耗。芯片采用SMIC 0.13μm 1P8M RF CMOS工艺实现。测试结果表明,在1.2 V电源电压下,采样率为1 MS/s时的芯片功耗(P)仅为148μW。当输入信号频率为101 kHz时,信噪失真比(SNDR)为54 dB,有效位数(ENOB)为8.7 bit,无杂散动态范围(SFDR)为58.1 dB。

用于超高频射频识别读写器Mixer-First接收机的新型直流分量消除技术

由于收发隔离度有限,超高频射频识别读写器的接收机面临着发射机载波泄漏的问题,基于MixerFirst结构的接收机,提出了一种新型的直流分量消除技术.在无源混频器的中频输出端设计一个由电感、电容等器件组成的带通滤波器,滤除泄漏载波经过下变频产生的直流分量.同时相比于传统的交流耦合方式,该技术可以缩短直流分量的稳定时间.仿真结果表明,当标签返回信号数据率为400kb/s时,该结构的带通滤波器的直流衰减约为-50dB,同时直流分量的稳定时间约为6μs,只有传统交流耦合方式的一半左右.该技术可以扩展接收机的动态范围.

用于UHF RFID读写器的射频前端CMOS混频电路

提出了900 MHz频段下射频识别(RFID)读写器芯片射频前端接收器混频器模块,给出了读写器芯片的前端混频电路结构。采用单平衡无源混频器的特殊结构,降低了载波泄漏的干扰,后级接跨阻放大器,抑制了后级电路的噪声。通过电路内部复数反馈可以控制接收机等效输入阻抗实部与虚部的变化,进行阻抗匹配,省去了片外匹配网络。在SMIC 0.13μm CMOS混和信号工艺下进行流片。测试结果表明,核心模块的电源电压为3 V,电流为7.3 mA,混频器的转换增益为21.8 dB,输入1 dB压缩点为-5.11 dBm,IP3为4.6 dBm,芯片核心面积为0.83 mm×0.56 mm。

一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器

介绍了一种非二进制权重的高能效比逐次比较型模数转换器。该ADC采用了非二进制权重的电容结构以降低工艺失配对性能的影响,极大地减小了总电容的值;使用了自适应时钟来实现每一位的量化,提高了采样频率,并且不需要外界提供高速时钟;采用了注入扰动的最小均方校准算法,用很小的电路代价实现了后台数字校准。本芯片在SMIC 0.13μm工艺上实现,芯片模拟部分核心面积为0.042mm2,数字校准模块面积为0.04mm2,芯片工作在25MHz采样率时功耗为2.8mW,信噪失真比为58.6dB,有效位数为9.5位。

2.82～4.04GHz CMOS差分调谐LC VCO的设计

通过对SMIC 0.13μm CMOS工艺的反型MOS电容的特性研究与测试验证,实现了一个2.82~4.04GHz的低调谐增益变化、低子带频率间隔变化、差分调谐宽带电感电容压控振荡器(LC VCO)。测试结果显示,频率覆盖范围为2.82~4.04 GHz,子带间距变化从12~6.9 MHz,中心差分调谐增益从23~17 MHz/V,相位噪声在频偏1 MHz处为-113^-118 dBc/Hz。

一种适合于硬件实现的数字预失真算法

传统的数字基带预失真算法较复杂不易实现。为此,设计一种适合于硬件实现的数字预失真算法。考虑对模拟射频部分引入的环路延迟和相位偏转的补偿,采用2块大小为32×16的查找表作为预失真模块,存储针对不同输入幅度信号的调整系数,以预先抵消功率放大器的失真。用调制方式为64QAM OFDM信号进行测试,结果表明,该算法的预失真性能较好。

用于温度日志标签的两级唤醒单元

设计实现了一个独特的两级唤醒单元,该唤醒单元用于基于EPC C1G2空中接口协议的射频识别标签。该标签为半有源标签,在该单元支持下实现温度日志功能。设计经过SMIC0.18μm EE工艺流片验证。测试结果表明标签实现温度日志功能,在1.8V电源电压下消耗150nA的静态电流,在同类工作中处于优势地位。

应用于软件无线电接收机中的无源下变频混频器

设计了一个应用于软件无线电接收机中的宽带无源下变频混频器,采用SMIC 0.13μm RF工艺实现,芯片面积0.42 mm2。测试结果表明:在1.2 V电源电压下消耗了9 mA电流,工作频段0.9～2.2 GHz,电压转换增益17 dB,IIP3 6～7 dBm,IIP2 40～42 dBm,DSB NF 17.5～18.1 dB,1/f噪声转角频率36～58 kHz。

双频无源超高频实时定位系统研究

提出一种基于双频比相的无源超高频射频识别(UHF-RFID)实时定位系统(RTLS)。与传统射频识别定位系统相比,该方法带宽小,精度高。分析了双频比相测距原理在无源RFID系统中的适用性,通过理论计算得到非理想因素对测距精度的影响,并在Simulink平台上进行建模。仿真结果表明,I-Q相对失配度小于0.08,基带信噪比为21.5dB时,系统定位精度可小于0.5m。

一款应用于超高频射频识别标签的低功耗电流模无源混频器

本文设计了一款应用于超高频射频识别标签的分裂低噪声跨导放大器的电流模无源混频器.这款电流模无源混频器的功耗低至2.2mW,包含跨阻放大器.在利用50%占空比本振信号的电流模无源混频器中,分裂的低噪声跨导放大器能够解决I/Q 2路镜像信号相互串扰的问题.因此,本文设计的电流模无源混频器能够继续利用50%占空比的本振信号,而不需要利用额外的电路将本振信号的占空比从50%变成25%,这样能够节省大量的功耗和面积.无源混频器前的阻抗匹配网络具有额外的电压增益,额外的电压增益能够抑制后级电路的噪声贡献,这有助于进一步节省无源混频器的功耗.这款无源混频器在SMIC 130nm CMOS工艺下流片.测试结果表明,无源混频器的电压转换增益为32.1dB,噪声系数为7.7dB,带内输入3阶交调点为-9.1dBm,功耗为2.2mW.芯片面积为0.32mm2.

一种带分段随机温度计码的10位电流舵数模转换器

介绍了一种基于分段随机温度计码的动态匹配算法。该算法可以有效抑制电流源失配造成的谐波失真,因此可以降低对电流源匹配的需求。在此算法基础上,针对芯片面积,优化了电流源尺寸选取与分段位数的选择。在SMIC 0.13μm CMOS工艺中实现了一款10位电流舵数模转换器(Digial-to-analog converter,DAC),单通道的面积为0.05mm2。测试结果显示,微分非线性(Differential non-linearity,DNL)与积分非线性(Integral nonlinearity,INL)分别为0.58LSB和0.56LSB,无杂散动态范围(Spurious free dynamic range,SFDR)最高可达80dBc。单通道DAC在1.2V数字/模拟电源电压下整体功耗小于3mW。

全数字锁相环系统的分析及优化

以TI(Texas Institute)于2003年发布的全数字锁相环为原型,在系统分析的基础上,提出了锁相环系统结构的改进方案.系统仿真结果显示改进后的结构在保证系统对稳定性、输出精度、分辨率和锁定时间要求的前提下,简化了系统结构并降低了功耗.

中国频率规范下RFID防碰撞算法性能分析

在射频识别(RFID)系统中,频率规范决定了通信数据率,通信数据率是决定多目标识别性能的重要因素之一.根据我国最新发布的超高频RFID频率规范,通过对信号的频谱仿真分别确定了单读写器环境下,以及标签信号邻道返回时的密集读写器环境下,RFID系统的最大通信数据率,在此通信数据率下对各种符合ISO18000-6C协议的多标签防碰撞算法进行了仿真,结果表明,在不考虑算法在时间和硬件资源上的开销后,Vogt算法在识别超过300个标签时,识别速度(平均每秒识别标签的数量)最高;单读写器环境下最高识别速度约1050个/s,密集读写器环境下邻道返回时的最高识别速度约270个/s.