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UHF RFID标签电路设计
发布时间:2016-09-12 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]- 射频识别(RFID)市场出现强劲增长，2004年其销售额高达17亿美元，2008年预计将达到59亿美元。这种激增的需求受到来自下一代RFID系统的带动，下一代系统将会提供非视距的可读性、改进的安全性，并可以重新配置产品信息。这些应用包括了库存跟踪、处方用药跟踪和认证、汽车安全钥匙，以及安全设施的门禁控制等。在很多以前的出版物中可以找到有关RFID应用与发展良机的细节。这些功能将可能通过EPC-Global Class 1 Gen 2(即欧洲和国际上的ISO-18006标准)协议所定义的超高频(UHF)系统来实现。这些功能还将利用最新的CMOS工艺节点通过标签/阅读器的技术创新来实现，例如射频/模拟以及混合信号集成电路(IC)设计。许多新的IC要求取决于EPCGlobal Class 1 Gen 2协议，以及无源-反向散射UHF RFID标签电路中的几个关键射频模块的设计与仿真。可以采用仿真工具来研究在几个最差系统级工作条件下的关键IC的性能度量。
工作在125或134kHz低频(LF)或者13.56MHz高频(HF)范一体成型电感围内的电感回路无源RFID系统，其工作距离仅限于大约1m的范围。UHF RFID系统工作在860~960MHz以及2.4GHz的工业科学医疗(ISM)频段。其具有更长的工作距离，对无源标签而言典型工作范围为 3~10m。标签从阅读器的射频信号接收信息和工作能量。如果标签在阅读器的范围内，就会在标签的天线上感应出交变的射频电压。该电压经过整流后为标签提供直流(DC)电源电压。通过调制天线端口的阻抗来实现标签对阅读器的响应。这样一来，标签将信号反向散射给阅读器。
阅读器通过位速率范围在26.7至128kbps之间的双边带幅移键控(DSB-ASK)、单边带幅移键控(SSB-ASK)或者反相幅移键控(PR-ASK) 调制来实现对射频载波的调制，将信息发送给一个或多个标签。采用脉冲间隔编码(PIE)格式来实现调制。此时，数据通过对载波在不同的时间间隔进行脉冲编码来表示0或1b，并将其发送给标签。通过频带分配和数据协议的标准化，EPC-Global最先通过统一世界范围内的不同系统来降低整体成本。这一行动将采用相对廉价的CMOS技术来抵消设计新的复杂IC所产生的高昂费用。
采用更新的工艺节点预计将减少芯片面积的20%。由于涉及到数量，降低系统成本的努力主要集中在无源标签的单位成本。其目标是将成本降低一个数量级，减少到每个标签仅几美分。
无源标签的调制不同于一般的射频通信方案，这是因为阅读器的信号还为标签供电。在无源反向散射系统中，距离是通过标签可以获得的辐射功率由前向链路(阅读器到标签)来决定的。新式的Gen-2标签的设计目标是将阅读距离最大化，并同时实现与该协议的兼容。距离方程(公式1)决定了理论距离，此时标签将接收到足够的电源来对阅读器做出响应。
其中，EIRP=有效各向同性辐射功率、Ptag=标签天线输出所要求的功率、Gtag=标签天线增益、λ=射频载波的自由空间波长。
关闭阅读器电源减少了标签所获得的电源。由于该调制方案中信号在大部分时间处于其最大值，因此具有极大优势。然而这种调制效率极低。这导致相对宽的信道或低的数据速率。
每个E电感器原理PC Class 1 Gen 2指标，阅读器传输的功率高达4W EIRP。在950MHz的载波频率下，信道损耗在3m距离处是36.9dB。那么，标签天线的功率是-0.88dBm。
在这一少量的可用功率和低直流功率转换效率工字电感(整流器效率平均约为20%)下，CMOS标签电路一般工作在仅几微安电流的一伏特电压下。由于无源RFID标签必须具有低成本并节省功耗，将标签设计为采用相对简单的幅度调制(AM)技术来实现从阅读器接收信号。UHF RFID标签模拟前端包括了几个内部模拟子模块。该模拟前端实现了DC电源、接收信号检测/解调制和发送调制等全部的模拟处理。图1中的模块图表示了典型 UHF RFID标签的模拟前端以及数字状态机。
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