Desain sirkuit RF chip transponder RFID UHF pasif

Identifikasi frekuensi radio (radio frekuensi idenlificaTInn, RFID) merupakan teknologi identifikasi otomatis yang muncul pada tahun 1990an. Teknologi RFID memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki oleh teknologi barcode, dan memiliki cakupan aplikasi yang luas, yang dapat digunakan pada kewarganegaraan generasi kedua. *, kartu kota, transaksi keuangan, manajemen rantai pasokan, DLL, Kontrol akses, bandara Manajemen bagasi, transportasi umum, identifikasi kontainer, manajemen ternak, dll. Oleh karena itu, menguasai teknologi pembuatan chip RFID menjadi sangat penting. Saat ini, meningkatnya permintaan aplikasi telah mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi untuk chip RFID, yang memerlukan kapasitas lebih besar, biaya lebih rendah, ukuran lebih kecil, dan kecepatan data lebih tinggi.Menurut situasi ini, makalah ini mengusulkan rangkaian RF chip transponder RFID UHF pasif berdaya rendah dan jarak jauh. .

Frekuensi operasi umum RFID termasuk frekuensi rendah 125kHz, 134.2kHz, frekuensi tinggi 13.56MHz, frekuensi ultra-tinggi 860-930MHz, microwave 2.45GHz, 5.8GHz, dll. Karena frekuensi rendah 125kHz, 134.2kHz, sistem frekuensi tinggi 13.56MHz menggunakan kumparan sebagai antena, dan mengadopsi metode kopling induktif, jarak kerja relatif pendek, umumnya tidak lebih dari 1,2m, dan bandwidth terbatas pada beberapa kilohertz di Eropa dan wilayah lain.Tetapi UHF (860～93Uh1Hz) dan gelombang mikro (2.45GHz, 5.8GHz) dapat memberikan jarak kerja yang lebih jauh, kecepatan data yang lebih tinggi, dan ukuran antena yang lebih kecil, sehingga telah menjadi bidang penelitian RFID yang panas.

Chip sirkuit RF yang diusulkan dalam makalah ini adalah tape-out menggunakan proses CMOS Chartered 0,35μm 2P4M yang mendukung dioda Schottky dan Memori Hanya Baca yang Dapat Diprogram (EEPROM) yang Dapat Dihapus Secara Elektrik.Dioda Schottky memiliki resistansi seri dan tegangan maju yang rendah, dan dapat memberikan efisiensi konversi yang tinggi ketika mengubah energi sinyal masukan RF yang diterima menjadi catu daya DC, sehingga mengurangi konsumsi daya. Ketika daya radiasi isotropik efektif (EIRP) adalah 4W (36dBm) dan penguatan antena adalah 0dB, chip sirkuit RF beroperasi pada 915MHz, jarak bacanya adalah lebih besar dari 3m, dan arus operasi kurang dari 8μA.

1 struktur sirkuit RF

Chip transponder UHF RF1D, yang terutama mencakup rangkaian frekuensi radio, rangkaian kontrol logika, dan EEPROM.Diantaranya, bagian rangkaian frekuensi radio dapat dibagi menjadi modul rangkaian utama berikut: osilator lokal dan rangkaian pembangkit jam, penyalaan rangkaian reset, sumber referensi tegangan, jaringan pencocokan dan rangkaian hambur balik, penyearah, pengatur tegangan dan demodulator modulasi amplitudo ( AM), dll. Tidak ada komponen eksternal kecuali antena. Bagian antena mengadopsi struktur dipol dan disesuaikan dengan impedansi masukan penyearah melalui jaringan yang cocok sebagai satu-satunya sumber energi untuk seluruh chip. Model ekuivalennya ditunjukkan pada Gambar 2. Bagian nyata dari impedansi antena dipol terdiri dari Rra dan Rloss, dimana Rra adalah impedansi radiasi dari antena dipol, yang melekat pada antena dipol, umumnya 73Ω, yang mewakili kemampuan antena untuk memancarkan gelombang elektromagnetik; Rloss Hambatan ohmik yang ditimbulkan oleh logam yang digunakan untuk membuat antena umumnya hanya menghasilkan panas. Bagian imajiner X dari impedansi antena umumnya positif, karena antena umumnya induktif ke luar, dan ukuran induktansi setara ini umumnya bergantung pada topologi antena dan bahan substrat. Penyearah mengubah daya sinyal input RF yang digabungkan menjadi tegangan DC yang dibutuhkan oleh chip. Regulator tegangan menstabilkan tegangan DC pada level tertentu dan membatasi besarnya tegangan DC untuk melindungi chip dari kerusakan akibat tegangan berlebih. Demodulator AM digunakan untuk mengekstraksi sinyal data yang sesuai dari sinyal pembawa yang diterima. Rangkaian hamburan balik mentransmisikan data transponder ke interogator RFID atau pembaca kartu dengan mengubah impedansi rangkaian RF melalui kapasitansi variabel. Rangkaian reset daya digunakan untuk menghasilkan sinyal reset seluruh chip. Berbeda dengan transponder frekuensi tinggi (HF) 13,56MHz, transponder UHF 915MHz tidak dapat memperoleh jam lokal dengan membagi frekuensi dari pembawa, tetapi hanya dapat menyediakan jam untuk bagian rangkaian logika digital melalui osilator lokal berdaya rendah yang terpasang di dalamnya. Semua blok rangkaian tersebut akan dijelaskan secara detail satu persatu dibawah ini.

2 Desain dan Analisis Sirkuit

2.1 Rangkaian Penyearah dan Pengatur Tegangan

Dalam tulisan ini, pompa muatan Dickson yang terdiri dari dioda Schottky digunakan sebagai rangkaian penyearah.Diagram skema rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3. Hal ini karena dioda Schottky memiliki seri rendahresistensi dan kapasitansi persimpangan, yang dapat memberikan efisiensi konversi yang tinggi ketika mengubah energi sinyal masukan RF yang diterima menjadi catu daya DC, sehingga mengurangi konsumsi daya. Semua dioda Schottky dihubungkan bersama oleh kapasitor poli-poli. Kapasitor vertikal mengisi dan menyimpan energi selama negatif setengah siklus tegangan input Vin, sedangkan kapasitor lateral mengisi dan menyimpan energi selama setengah siklus positif Vin untuk menghasilkan DC. Tegangan tinggi, tegangan yang dihasilkan adalah:

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

Dimana Vp, RF adalah amplitudo sinyal frekuensi radio masukan, Vf, D adalah tegangan maju dioda Schottky, n adalah jumlah tahapan pompa muatan yang digunakan.

Stabilkan keluaran tegangan DC oleh penyearah pada tingkat tertentu, dan berikan tegangan kerja yang stabil untuk seluruh chip transponder untuk memastikan bahwa amplitudo tegangan DC tidak akan berubah karena posisi fisik chip transponder, dan menghindari kemungkinan guncangan chip. keausan, untuk melindungi chip transponder. Sirkuit ini mengadopsi struktur Cascnde yang bias sendiri. Alasan memilih struktur sirkuit ini adalah karena struktur Cascnde memiliki efek isolasi dari tabung gerbang umum, yang membuatnya memiliki kemampuan yang baik untuk menekan fluktuasi daya, sehingga meningkatkan rasio penolakan catu daya (PSRR). Untuk memastikan stabilitas dasar arus dua cabang. Rasio area Q1 dan Q2 adalah 1:8. Selain itu, tidak seperti transponder RFID HF pada umumnya, kami telah mengadopsi sumber referensi tegangan daya rendah dengan sirkuit start-up tegangan rendah dalam desain untuk mengurangi konsumsi daya keseluruhan chip.