關(guān)于超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽電路的設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著RFID技術(shù)的普及，超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽廣泛應(yīng)用于資產(chǎn)管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、產(chǎn)線管理、物流管理、檔案管理、供應(yīng)鏈管理、零售管理及車輛管理等行業(yè)。今天我們就來(lái)探討下關(guān)于超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽電路的設(shè)計(jì)的那些研究。

超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽電路主要包括以下幾個(gè)模塊：整流電路模塊、基準(zhǔn)電壓源模塊、基準(zhǔn)電流源模塊和穩(wěn)壓電路模塊。針對(duì)目前超高頻無(wú)源標(biāo)簽的研究主要集中在低功耗(遠(yuǎn)距離)、高安全性(引入加密算法)、低成本(面積小)等方面。優(yōu)良的設(shè)計(jì)電路可以大大降低功耗損耗，也就是可以實(shí)現(xiàn)很低的標(biāo)簽靈敏度。典型的超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽中，決定標(biāo)簽靈敏度的兩個(gè)方面主要是射頻前端整流電路能量轉(zhuǎn)換效率和標(biāo)簽電路正常工作時(shí)的功耗。

針對(duì)低功耗低成本的電路設(shè)計(jì)需求，采用壓閥值技術(shù)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)電流源和基準(zhǔn)電壓源的電路設(shè)計(jì)。穩(wěn)壓電路采用傳統(tǒng)的LDO結(jié)構(gòu)，在滿足系統(tǒng)需求的前提下實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)計(jì)要求。由于當(dāng)標(biāo)簽芯片工作在近距離時(shí)，標(biāo)簽天線接收到的能量很大，給出了過(guò)壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案，避免了近距離工作時(shí)后級(jí)電路被擊穿。

超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽的系統(tǒng)框架如下圖，RFID讀寫器發(fā)射的電磁波由偶極子天線接收，并轉(zhuǎn)為電信號(hào)。因?yàn)樘炀€接收的信號(hào)幅值較小，只有一百到幾百毫伏，所以該信號(hào)不能被直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路，必須要經(jīng)過(guò)整流電路將電壓整流、倍壓，放大到合適的值。

超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽的能量完全來(lái)自于天線，所以能量變化范圍很大。為了防止能量較大時(shí)造成標(biāo)簽損壞，在整流電路之后加入了限壓電路。在能量較為薄弱時(shí)，限壓電路關(guān)閉;當(dāng)能量較大時(shí)，限壓電路開啟，釋放掉多余的能量，以此達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

標(biāo)簽芯片按照工作原理，被劃分為：標(biāo)簽與匹配電路、射頻前端、模擬前端及數(shù)字基帶與存儲(chǔ)器四大部分。在RFID標(biāo)簽芯片中，需要有一個(gè)較大電容值的儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)足夠的電荷以供標(biāo)簽在接收調(diào)制信號(hào)時(shí)，仍可在輸入能量較小的時(shí)刻(例如 OOK調(diào)制中無(wú)載波發(fā)出的時(shí)刻)，維持芯片的電源電壓。

超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽一般采用反向散射的調(diào)制方法，即通過(guò)改變芯片輸入阻抗來(lái)改變芯片與天線間的反射系數(shù)，從而達(dá)到調(diào)制的目的。一般設(shè)計(jì)天線阻抗與芯片輸入阻抗使其在未調(diào)制時(shí)接近功率匹配，而在調(diào)制時(shí)，使其反射系數(shù)增加。常用的反向散射方法是在天線的兩個(gè)輸入端間并聯(lián)一個(gè)接有開關(guān)的電容，調(diào)制信號(hào)通過(guò)控制開關(guān)的開啟，決定了電容是否接入芯片輸入端，從而改變了芯片的輸入阻抗。

一種低功耗的穩(wěn)壓電路，可以提供0.95V的輸出電壓，消耗500nA的電流。在解調(diào)電路中，采用一種新的峰值檢測(cè)電路，能夠在天線信號(hào)幅度變化時(shí)保證解調(diào)正常進(jìn)行。