UHF RFID电子标签芯片低功耗设计及时钟树优化

超高频射频识别标签(UHF RFID)的一个重要指标是工作距离,而提高工作距离的有效方法是降低标签工作功耗。针对一款基于EPC Class-1 Generation-2/ISO18000-6C协议的RFID芯片,提出一种数字后端设计中时钟树动态功耗的优化方法,该方法可以在已完成布局布线的版图上进一步降低动态功耗。在时钟频率1.28MHz、返回频率170 kHz条件下,功耗仿真结果由1.58μW降低到1.357μW。已在TSMC 0.18μm工艺下流片,室温情况下准备阶段样品测试结果数字功耗为0.752 5μW,与后仿真结果0.750 0μW接近,实测激活灵敏度为-18.5 dBm。     

无源UHF RFID芯片中低功耗基带处理器的设计

对UHF RFID标签芯片的数字基带处理器结构及工作原理进行了分析。该基带处理器兼容ISO18000-6C协议。采用一系列先进的低功耗技术,如门控时钟技术、减小工作电压、降低时钟频率等,以降低无源射频识别标签的功耗。整个标签芯片采用TSMC 0.18μm 1P5M嵌入式EEPROM混合CMOS工艺实现。测试结果表明,该芯片正常工作的最低电压仅为1 V,平均电流为6.8μA,功耗为6.8μW,面积仅为150μm×690μm。     

一种NCITS 256协议超高频无源射频识别标签

设计了一种符合NCITS 256协议的无源超高频射频识别标签.标签携带2kbit的标准商用EEPROM.在读卡器发射功率为915MHz 4W EIRP的情况下,芯片的读距离为1.5m,写距离为0.3m.芯片在SMIC 0.18μm EEPROM CMOS工艺下流片实现,面积为1mm×1mm.标签使用Dickson倍压电路从读卡器发射的电磁波中提取能量.Dickson倍压电路使用肖特基管实现,转换效率为25%.     

一种NCITS 256协议超高频无源射频识别标签

设计了一种符合NCITS 256协议的无源超高频射频识别标签.标签携带2kbit的标准商用EEPROM.在读卡器发射功率为915MHz 4W EIRP的情况下,芯片的读距离为1.5m,写距离为0.3m.芯片在SMIC 0.18μm EEPROM CMOS工艺下流片实现,面积为1mm×1mm.标签使用Dickson倍压电路从读卡器发射的电磁波中提取能量.Dickson倍压电路使用肖特基管实现,转换效率为25%.     

UHF RFID标签基带处理器的低功耗设计

随着超高频RFID标签的应用越来越广泛,在提高其性能上的需求也越来越迫切.对于无源标签,工作距离是一个非常重要的指标.要提高工作距离,就要降低标签的功耗.着重从降低功耗方面阐述了一款基于ISO18000-6 Type C协议的UHF RFID标签基带处理器的设计.简要介绍了设计的结构,详细阐述了各种低功耗设计技术,如动态控制时钟频率、寄存器复用、使用计数器和组合逻辑代替移位寄存器、异步计数器、门控时钟等的应用.结果证明,这些措施有效地降低了功耗,仿真结果为在工作电压为1 V,时钟为2.5 MHz时,功耗为4.8 μW;目前实现了前三项措施的流片,测试结果表明工作电压为1 V,时钟为2.5 MHz时,功耗为8.03 μW.     

基于14443-A协议的无源电子标签数字集成电路设计

根据ISO/IEC 14443-A协议,完成无源电子标签数字集成电路的设计及其功能测试,实现了对芯片面积、速度和功耗之间较好的平衡。结果表明,在采用中芯国际的0.35μm工艺条件下,所研制芯片面积为36 877.75μm2,功耗为30.845 8 mW,可完全满足协议对标签的性能要求。     

EPC Gen2标签数字电路时钟策略和协议一致性分析

时钟策略是影响EPC Gen2 RFID标签性能的重要因素.为了降低标签的功耗,系统时钟频率在满足协议要求的前提下应尽可能地低.但是,过低的系统时钟可能不满足协议一致性的要求.分析了不同时钟策略对标签数字电路的影响;提出了一种误差位移的方法来降低回发链路频率误差;设计了一种1.28 MHz和2.56 MHz频率的双时钟策略.与1.92 MHZ的单时钟策略相比,双时钟策略可以节约5.66%到9.44%的功耗(CMOS 0.18μm工艺),并提供更大的解码裕量和回发链路频率裕量.     

应用于UHF RFID标签的低功耗真随机数发生器

设计了一种基于振荡采样法的真随机数发生器.针对UHF RFID标签芯片功耗低、面积小的特点,利用简单有效的电路结构增强发生器的随机性.采用频率受控的被采样数据振荡器与采样时钟异或后形成初步随机数,并增加异或链输出负反馈结构,有效提高了输出序列中"0""1"分布的均匀性,降低了序列的自相关性.标签采用SMIC 0.18μm RF CMOS工艺设计并流片,采样时钟为2MHz,总工作电流少于2μA.     

超高频RFID芯片中高灵敏度ASK解调器的设计

为了提高无源超高频(UHF)射频识别(RFID)标签的灵敏度和增大工作距离,设计了一种高灵敏度的ASK解调器。在该解调器的包络检波电路中,采用了开启电压补偿技术,以减小电荷传输管的导通压降;并设计了一种无二极管无电阻的参考电平产生电路。基于0.18μm标准CMOS工艺实现了该解调器,其芯片面积为0.010 mm2,满足第2代第1类UHF RFID通讯协议(EPC C1G2)的要求。测试结果表明,当载波频率为900 MHz、调制深度为80%~100%、数据率为26.7~128 kbit/s时,解调器能够解调信号的能量强度范围为-16~+20 dBm。在工作电压为0.8 V时,其功耗仅为0.56μW。     

ISO/IEC18000-6B标签逻辑电路低面积设计

简要介绍了射频识别技术(RFID)协议ISO/IEC 18000-6B的通信,并基于该协议用VHDL语言设计了标签的逻辑部分电路.设计时运用命令分类、实时处理、资源共享等技术减少硬件资源,在SMIC 0.18μm工艺下综合为24 791μm2,并用Primepower测得功耗约10.6μW.设计采用Xilinx的FPGA开发平台进行了验证,逻辑分析仪结果表明设计满足要求.该电路应用于ISO/IEC18000-6B协议下RFID标签的数字部分.     

面向海关应用的UHF RFID电子标签芯片基带处理器

设计了一款基于ISO 18000-6C协议且适用于海关集装箱运输监控的数字基带处理器。提出并分析了数字基带处理器的总体结构以及模块划分,详细介绍了锁离合采集、锁离合监测记录等关键电路的设计。芯片采用TSMC 0.18μm 1P5M嵌入式EEPROM混合CMOS工艺实现。测试结果表明,芯片支持协议规定的所有功能,能正确记录开锁次数,其正常工作的最低电压为1V,平均电流为6.7μA,功耗为6.7μW,芯片尺寸为710μm×320μm。     

A reconfigurable analog baseband circuit for WLAN,WCDMA,and Bluetooth

A reconfigurable analog baseband circuit for WLAN,WCDMA,and Bluetooth in 0.35 μm CMOS is presented.The circuit consists of two variable gain amplifiers (VGA) in cascade and a Gm-C elliptic low-pass filter (LPF).The filter-order and the cut-off frequency of the LPF can be reconfigured to satisfy the requirements of various applications.In order to achieve the optimum power consumption,the bandwidth of the VGAs can also be dynamically reconfigured and some Gm cells can be cut off in the given application.Simulation results show that the analog baseband circuit consumes 16.8 mW for WLAN,8.9 mW for WCDMA and only 6.5 mW for Bluetooth,all with a 3 V power supply.The analog baseband circuit could provide-10 to +40 dB variable gain,third-order low pass filtering with 1 MHz cut-off frequency for Bluetooth,fourth-order low pass filtering with 2.2 MHz cut-off frequency for WCDMA,and fifth-order low pass filtering with 11 MHz cut-off frequency for WLAN,respectively.     

UHF RFID阅读器中低噪声Σ小数频率综合器的设计

采用0.18μmRF CMOS工艺结合EPC C1G2协议和ETSI规范要求,实现了一种应用于CMOS超高频射频识别阅读器中的低噪声ΔΣ小数频率综合器。基于三位三阶误差反馈型ΔΣ解调器,采用系数重配技术,有效提高频率综合器中频段噪声性能;关键电路VCO的设计过程中采用低压差调压器技术为VCO提供稳定偏压,提高了VCO相位噪声性能。多电源供电模式下全芯片偏置电流为9.6mA,测得在中心频率频偏200kHz、1MHz处,相处噪声分别为-108dBc/Hz和-129.8dBc/Hz。     

单片UHF RFID阅读器中低噪声频率综合器的设计

结合EPC global C1 G2协议和ETSI规范要求,讨论了频率综合器噪声性能需求,并设计实现了用于单片CMOS UHF RFID阅读器中的低噪声三阶电荷泵锁相环频率综合器.在关键模块LC VCO的设计中,采用对称LC滤波器和LDO 调节器提高VCO相位噪声性能.电路采用IBM 0.18 μm CMOS RF工艺实现,测得频率综合器在中心频率频偏200 kHz和1 MHz处相位噪声分别为-109.13 dBc/Hz和-127.02 dBc/Hz.     

一种低功耗高频RFID标签芯片基带控制器

设计了一款应用于高频射频识别标签芯片的基带控制器。该基带控制器符合ISO15693标准协议,满足无源射频识别标签的低成本、低功耗的需求。详细论述了解码电路、命令响应模块及状态机、数据组织模块等关键电路的设计。芯片采用中芯国际0.35μm2P3M嵌入式EEPROM的混合信号CMOS工艺实现,基带控制器的Core面积仅为0.23mm2,功耗低至66.8μW。     

一种12位80 MS/s CMOS流水线ADC设计

介绍了一种12 bit 80 MS/s流水线ADC的设计,用于基带信号处理,其中第一级采用了2.5 bit级电路,采样保持级采用了自举开关提高线性,后级电路采用了缩减技术,节省了芯片面积.采用了折叠增益自举运放,优化了运放的建立速度,节省了功耗.芯片采用HJTC0.18μm标准CMOS工艺,1.8 V电压供电,版图面积2.3 mm × 1.4 mm.版图后仿真表明,ADC在8 MHz正弦信号1 V峰值输入下,可以达到11.10 bit有效精度,SFDR达到80.16 dB,整个芯片的功耗为155 mW.     

移动数字电视调谐芯片中I2C接口电路设计

采用TSMC 0.13μm CMOS工艺,对多模多频段移动数字电视调谐芯片内I2C接口电路进行设计和验证.采用数字集成电路设计流程,详细验证接口电路的时序.布局布线后得到较为理想的版图面积与功耗.版图后仿真结果表明,在100 MHz时钟下,电路满足I2C协议的时序要求,可广泛应用于移动数字电视调谐芯片中.     

零中频DVB/DAB/CMMB调谐器中可编程信道滤波器设计

介绍了应用于多模多频(DVB/DAB/CMMB)移动数字电视接收的可编程信道滤波器设计.滤波器采用0.1dB波纹的7阶切比雪夫(Chebyshev)Ⅰ型低通结构,截止频率1.8/2.5/3/3.5/4 MHz可编程,在偏离截止频率1.25/4 MHz的频点上,分别实现26/57 dB衰减.多级直流负反馈环路用于抵消因版...     

A 2.1 μA wake-up circuit for Chinese ETC system

This paper proposes a low power wake-up baseband circuit used in Chinese Electronic Toll Collection (ETC) system. To reduce the static power consumption, a low power biasing strategy is proposed. The proposed circuit is fabricated in TSMC 0.18 μm technology with an area of 0.09 mm 2 . Its current consumption is only 2.1 μA under 1.8 V power supply. It achieves a sensitivity of 0.95 mV at room temperature with a variation of only ±28% over -35℃ to 105℃.     

无源UHFRFID标签芯片基带处理器的低功耗设计

在分析ISO18000-6C标准内容的基础上,提出了一种基带处理器的结构,设计了一款符合ISO18000-6C标准的UHF RFID标签芯片的基带处理器。该基带处理器可支持协议规定的所有强制命令。设计通过降低工作电压、降低工作频率、使用门控时钟、增加功耗管理模块等一系列低功耗设计以降低处理器的功率消耗。在Xillinx的Virtex-4FPGA上验证满足协议功能要求,并在工作电压为1V,时钟为1.92MHz时,功耗仿真结果为9.9μW,很好的完成了低功耗电子标签的基带处理器设计。