论文总字数：23792字

摘 要

RFID标签中的解调电路主要负责将天线捕获的电磁信号转换为数字基带信号，其在RFID电子标签中是极其重要的一个模块。随着对高频电子标签的需求日益增加，我们需要设计一款UHF RFID电子标签中的解调电路，电路需满足较高的灵敏度，较低的功耗和均衡的占空比，还需要再高频的载波条件下实现包络的选频功能

本次设计采用的是0.35um的CMOS工艺库，通过改良传统解调电路中的包络检波电路实现提升灵敏度和选频功能，然后对典型迟滞比较器进行外界自举电路来平衡电容电势差，通过调整迟滞比较器电路中的MOS管宽长比来降低功耗，最后通过异或门和反相器级联电路输出来调整波形平坦度和平衡电路延时。

最终仿真结果完全符合设计指标，且功耗控制的更为低，在860-960MHz的载波频段上实现了高频低功耗的解调。

关键词：高频；射频识别；解调电路；低功耗

ABSTRACT

The demodulation circuit in the RFID tag is mainly responsible for converting the electromagnetic signal captured by the antenna into a digital baseband signal, which is an extremely important module in the RFID electronic tag. With the increasing demand for high-frequency electronic tags, we need to design a demodulation circuit in a UHF RFID electronic tag. The circuit needs to meet higher sensitivity, lower power consumption and balanced duty cycle. Envelope frequency selection function under high frequency carrier condition
This design uses a 0.35um CMOS process library to improve the sensitivity and frequency selection function by modifying the envelope detection circuit in the traditional demodulation circuit. Then, the external hysteresis circuit is used to balance the capacitance potential difference of the typical hysteresis comparator. Adjust the width-to-length ratio of the MOS transistor in the hysteresis comparator circuit to reduce power consumption. Finally, adjust the waveform flatness and balance circuit delay through the XOR gate and inverter cascade circuit output.
The final simulation results are in full compliance with the design specifications, and the power control is even lower. High-frequency low-power demodulation is realized on the carrier frequency band of 860-960MHz.

Key words: UHF; RFID; demodulation circuit; low power consumption

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 RFID射频识别技术介绍 1

1.1.2 RFID射频识别技术的应用 1

1.1.3 RFID未来的发展趋势 2

1.2 UHF RFID标签芯片解调电路的研究现状 2

1.3本文的研究内容及工作安排 3

第二章 UHF RFID电子标签架构与解调方法 4

2.1 UHF RFID解调电路的前端结构 4

2.2 数据检测及数据接收器的实现 5

2.2.1 ASK解调器 5

2.2.2 EPC Gen2接收机 6

2.2.3 阈值估计的方法 6

2.3 射频保持电路的一般设计考虑因素 8

2.3.1 天线和IC输入的等效电路模型 8

2.3.2共轭匹配 9

2.3.3保持环路中的电平和衰变 10

第二章 设计要求与电路模块设计 14

3.1 毕业设计任务书指标 14

3.2 电路设计图终稿 14

3.3 包络检波电路 15

3.3.1基本原理 15

3.3.2 调节幅值 16

3.3.4 设计考虑 16

3.3.3 MOS管压降电路与包络检波电路 17

3.4 迟滞比较器电路 19

3.4.1 比较器原理 19

3.4.2 参数可调的可编程电路方案 20

3.4.3 自举电路 22

3.5 异或门电路与反相器电路 23

3.5.1 异或门电路 23

3.4.2 反相器电路 24

第四章UHF RFID标签解调电路仿真结果 27

4.1 射频载波为860MHz 27

4.1.1 整体电路仿真曲线图 27

4.1.2 电路功耗计算 28

4.1.3 灵敏度仿真 30

4.1.4 占空比仿真 31

4.2 射频载波为900MHz 32

4.2.1 整体电路仿真曲线图 32

4.2.2 总电压vdc和总电流idc仿真曲线 32

4.2.3 灵敏度仿真 33

4.2.4 占空比仿真 34

4.3 射频载波为960MHz 35

4.3.1 整体电路仿真曲线图 35

4.3.2 总电压vdc和总电流idc仿真曲线 35

4.2.3 灵敏度仿真 36

4.2.4 占空比仿真 37

4.4 仿真总结 38

第五章 总结与展望 39

5.1 电路设计总结 39

5.2 工作展望 39

参考文献 41

致 谢 43

绪论

课题研究背景

1.1.1 RFID射频识别技术介绍

射频识别技术是一项新兴的电子技术，英文全称为Radio Frequency Identification，又被称作为电子标签技术。RFID 射频识别技术本质上是一种利用无线信号来进行读取和写入数据借以识别物体的先进技术。这种技术结合了无线通讯的优点和半导体技术的实质，成为了当前应用领域较为广泛的一种使用非接触式手段来进行目标识别的实用技术。RFID 射频识别系统的主体部分是由阅读器和电子标签组成的，所需处理的射频信号先通过天线端传输进来，然后被传输到中端进行调制和解调，最后得到待识别目标对象的所需数据。在一定条件下，这种识别方式甚至不需要人工进行干预就能收集得到很精确的数据，这种处理方式十分灵敏便捷。另外，RFID技术在实际应用上具有很强的环境适应能力，其不易被外界因素干扰，并且可供全天候使用，所以RFID电子标签不会出现机械性地磨损，也不会受污染和潮湿的影响，再者，RFID标签在数据的存储与处理方面也有很客观的优势，其数据存储的容量十分巨大，处理数据的速度很快，并且操作者可以自由更改RFID标签中的存储信息。更重要的是，在信息越来越隐私化的当代社会，我们可以通过特定的操作对其中的数据进行加密，根据RFID技术加工的电子标签中没有直接对用户终端开放的物理型接口，标签数据的安全性在绝大多数情况下能得到有效的保障。为了实现信息安全管理的目的，越来越多的加密型的算法也被应用到RFID电子标签中。读写器和电子标签之间是通过射频信号相互认证的，进一步保证了该技术通信和存储的安全性能。

1.1.2 RFID射频识别技术的应用

RFID技术在高新技术领域应用极广，例如高频芯片的设计、天线技术应用、集成电路设计和信息系统安全等。随着这些高新技术的不断发展，对RFID系统的需求也变得更高，功耗低、体积小、成本低功能灵活和操作便捷的芯片需求日益增高，再者，因为其擅长多个目标的识别、运动目标识别、能及时准确的跟踪和管理物体，所以基于各种日常生产和生活领域的应用更为广泛了，其在物流系统、零售行业、身份识别等领域表现更为突出。基于以上所述这些因素，RFID射频识别技术已经成为当今电路领域最为前沿的高新研究技术之一。

1.1.3 RFID未来的发展趋势

目前电子标签能作用到的有效距离还不够远，读写的速度也未达到一个较快的水准，未来在弥补这两个局限性之后还能将其功耗和成本进一步降低，达到物为人用，物尽其用的目标。

另外，社会对更加智能化的识别系统需求日增，传统的RFID标签必将向类似于嵌入式和可重构的方向转变，从而更深入和广泛地应用在各个领域。

UHF RFID标签芯片解调电路的研究现状

目前我们通常所说的射频识别中的调制一般有两种形式，一种是调制指数为10%的ASK调制，一种是调制指数为100%的ASK调制，其负责了阅读器到电子标签之间的通信传输数据的调制。除了这两种调制方法，还有研究提到存在两种编码的方法需要与调制契合，一种是波特率为1.65kbits每秒的二百五十六取一的编码方法，另一种则是波特率为26.48kbits每秒的四取一的编码方法。只有能够正确使用10%和100%调制指数的编码和调制方法的电子标签，才能正常运行并且进行下一步对阅读器射频信号的解调和解码过程。所需设计的UHF RFID标签芯片解调电路主要功能是提供服务用来解调10%与100%的ASK调制信号，然后被解调出来的数据通过系统网络传输到数字控制器。决定电子标签性能和精确度的就是其中的解调电路，因为其关系到数据能否被正确的解调解码出来，也就是RFID电子标签与阅读器之间的通信完整度。因为单一的RFID射频电路不能直接对ASK此类的调制信号进行数据处理，为了对从天线传输过来进过调制的ASK信号解调，必须设计一个低功耗高稳态的解调电路将ASK信号还原成数字信号再输入进数据接受及处理模块单元，最终才能输出到终端。

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