關於超高頻無源RFID標籤電路的設計

2021-01-15 RFID世界網

近年來，隨著RFID技術的普及，超高頻無源RFID標籤廣泛應用於資產管理、倉儲管理、產線管理、物流管理、檔案管理、供應鏈管理、零售管理及車輛管理等行業。今天我們就來探討下關於超高頻無源RFID標籤電路的設計的那些研究。



超高頻無源RFID標籤電路主要包括以下幾個模塊：整流電路模塊、基準電壓源模塊、基準電流源模塊和穩壓電路模塊。針對目前超高頻無源標籤的研究主要集中在低功耗(遠距離)、高安全性(引入加密算法)、低成本(面積小)等方面。優良的設計電路可以大大降低功耗損耗，也就是可以實現很低的標籤靈敏度。典型的超高頻無源RFID標籤中，決定標籤靈敏度的兩個方面主要是射頻前端整流電路能量轉換效率和標籤電路正常工作時的功耗。



針對低功耗低成本的電路設計需求，採用壓閥值技術實現基準電流源和基準電壓源的電路設計。穩壓電路採用傳統的LDO結構，在滿足系統需求的前提下實現了低功耗設計要求。由於當標籤晶片工作在近距離時，標籤天線接收到的能量很大，給出了過壓保護電路設計方案，避免了近距離工作時後級電路被擊穿。

超高頻無源RFID標籤的系統框架如下圖，RFID讀寫器發射的電磁波由偶極子天線接收，並轉為電信號。因為天線接收的信號幅值較小，只有一百到幾百毫伏，所以該信號不能被直接用來驅動後級電路，必須要經過整流電路將電壓整流、倍壓，放大到合適的值。



超高頻無源RFID標籤的能量完全來自於天線，所以能量變化範圍很大。為了防止能量較大時造成標籤損壞，在整流電路之後加入了限壓電路。在能量較為薄弱時，限壓電路關閉;當能量較大時，限壓電路開啟，釋放掉多餘的能量，以此達到穩壓的目的。

標籤晶片按照工作原理，被劃分為：標籤與匹配電路、射頻前端、模擬前端及數字基帶與存儲器四大部分。在RFID標籤晶片中，需要有一個較大電容值的儲能電容存儲足夠的電荷以供標籤在接收調製信號時，仍可在輸入能量較小的時刻(例如 OOK調製中無載波發出的時刻)，維持晶片的電源電壓。



超高頻無源RFID標籤一般採用反向散射的調製方法，即通過改變晶片輸入阻抗來改變晶片與天線間的反射係數，從而達到調製的目的。一般設計天線阻抗與晶片輸入阻抗使其在未調製時接近功率匹配，而在調製時，使其反射係數增加。常用的反向散射方法是在天線的兩個輸入端間並聯一個接有開關的電容，調製信號通過控制開關的開啟，決定了電容是否接入晶片輸入端，從而改變了晶片的輸入阻抗。

一種低功耗的穩壓電路，可以提供0.95V的輸出電壓，消耗500nA的電流。在解調電路中，採用一種新的峰值檢測電路，能夠在天線信號幅度變化時保證解調正常進行。

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