半超寬帶超高頻射頻識別(SUUR)標簽芯片的研究.pdf

1、隨著射頻識別、信息傳感等信息通信技術的發(fā)展，信息網(wǎng)絡將向無所不在的泛在網(wǎng)絡方向演進，“泛在”將成為信息社會的重要特征。泛在網(wǎng)絡作為未來信息社會的重要載體和基礎設施，已經(jīng)得到國際普遍范圍的重視，各國相繼將泛在網(wǎng)絡建設提升到國家信息化戰(zhàn)略高度。
　　論文在對泛在網(wǎng)絡進行了相關介紹的基礎之上，提出了一種適用于構建泛在網(wǎng)絡的終端系統(tǒng):半超寬帶超高頻射頻識別(SUUR)系統(tǒng)。并根據(jù)從系統(tǒng)分析到模塊電路設計再到整體電路仿真與驗證的方向對該系統(tǒng)

2、進行了研究設計。首先，對該系統(tǒng)的組成及其基本工作原理進行了論述，并對相關協(xié)議標準進行了分析;接著，對SUUR無源電子標簽芯片的整體結構進行了分析與設計，對標簽芯片的整體性能指標進行了規(guī)劃;然后，重點研究了SUUR無源電子標簽芯片射頻模擬前端電路的設計，包括自適應阻抗匹配電路、IR-UWB脈沖發(fā)射電路和RF接收電路等。
　　為實現(xiàn)最大功率傳輸，通常需要設計一個阻抗匹配網(wǎng)絡來實現(xiàn)電子標簽芯片阻抗和接收天線阻抗之間的共軛匹配。由于在設計

3、中通過仿真得到的天線及芯片的阻抗與實際值總是存在一定的偏差，因此在實際應用中，應采用網(wǎng)絡分析儀對芯片阻抗進行測試，然后根據(jù)測試結果，對天線設計進行多次修正，調整天線阻抗，最終達到最佳能量傳輸。事實上，芯片阻抗的實際值也會隨著輸入功率的變化而產(chǎn)生波動，因此在使用固定的阻抗匹配網(wǎng)絡情況下，即使通過反復測試、調試后設計的天線，在實際工作過程中也很難始終保證和芯片處在最佳匹配狀態(tài)，從而影響標簽的閱讀距離及其整體性能，甚至有可能出現(xiàn)“死區(qū)”現(xiàn)象，

4、不能正常工作。因此，為使電子標簽天線設計簡單化（在可調電容調諧范圍足夠大時可直接選用阻抗為50Ω通用天線）、提高標簽的閱讀距離并消除“死區(qū)”現(xiàn)象，本論文設計了一種自適應阻抗匹配系統(tǒng)來實現(xiàn)天線阻抗與芯片阻抗之間的實時、自動匹配，從而實現(xiàn)標簽的最佳傳輸性能。該匹配網(wǎng)絡包含2個獨立的環(huán)路:第1個環(huán)路通過對并聯(lián)LC調諧網(wǎng)絡的控制實現(xiàn)對芯片阻抗實部的實時檢測與自動校正，而第2個環(huán)路通過對串聯(lián)LC調諧網(wǎng)絡的控制實現(xiàn)對芯片阻抗虛部的實時檢測與自動校正

5、。在這2個環(huán)路中，調諧元件采用的都是與標準CMOS工藝兼容的MOS可變電容，以實現(xiàn)單片集成和連續(xù)調節(jié)。在第1個環(huán)路中，除了檢測阻抗的實部信息外，還檢測虛部的正負特性作為第2個控制準則來確保環(huán)路的穩(wěn)定性。另外，本文還對該匹配系統(tǒng)的關鍵電路進行了設計，并在915MHz頻率下對不同的芯片阻抗進行了仿真驗證，結果表明:對于不同的芯片阻抗，都能快速地校正到目標阻抗。另外，對電容的調諧范圍及調諧網(wǎng)絡的非理想特性進行了分析，調諧網(wǎng)絡的插入損耗低于1.

6、5 dB，系統(tǒng)增益可高達2.7 dB。
　　UWB一個重要的設計初衷就是希望能夠和已有的窄帶通信設備共享頻譜資源。為確保UWB通信系統(tǒng)不干擾其他窄帶系統(tǒng)的正常工作，一個有效的方式就是限制其發(fā)射功率譜密度，但這還不足以完全解決UWB信號對其它無線電信號的干擾問題。本論文將相互之間具有延遲時間Δt的兩個n階高斯脈沖相加，得到的組合脈沖也滿足IR-UWB脈沖的特性，且其功率譜密度是n階高斯脈沖的功率譜密度與余弦函數(shù)的乘積，因此在某些特定

7、頻率處將具有陷波（功率譜密度為零），陷波頻率的數(shù)值與延遲時間成反比，且對于某一個確定的延遲時間，在UWB頻帶內可存在一個或多個陷波頻率，從而可以靈活實現(xiàn)對現(xiàn)有某一個或多個窄帶通信系統(tǒng)干擾的抑制。
　　基于Chartered0.18μm2P4M EEPROM工藝，采用低功耗設計技術對SUUR標簽芯片射頻模擬前端電路進行了設計，并對其進行了整體仿真驗證。結果表明，該SUUR標簽芯片工作中心頻率為915MHz，其工作距離大于10m，很好