Ciorcad minicíochta raidió de thomhaltas ísealchumhachta sliseanna trasfhreagróra aitheantais minicíochta raidió éighníomhach
Molann an páipéar seo ciorcad minicíochta raidió sliseanna trasfhreagróra minicíochta ultra-ard éighníomhach íseal-chumhachta (UHF) ardfheidhmíochta a chomhlíonann an caighdeán ISO / IEC18000-6B. Níl aon chomhpháirteanna seachtracha ag an gciorcad minicíochta raidió ach amháin an t-aeróg, agus faigheann sé fuinneamh ón réimse leictreamaighnéadach minicíochta raidió trí cheartaitheoir dé-óid Schottky.
Díograiseoirí leictreonacha innealtóra líonra • Foinse: Críochnú an láithreáin • Údar: Gan ainm • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 Léigh 0 uair
Ciorcad minicíochta raidió de thomhaltas ísealchumhachta sliseanna trasfhreagróra aitheantais minicíochta raidió éighníomhach
Molann an páipéar seo ciorcad minicíochta raidió sliseanna trasfhreagróra minicíochta ultra-ard éighníomhach íseal-chumhachta (UHF) ardfheidhmíochta a chomhlíonann an caighdeán ISO / IEC18000-6B. Níl aon chomhpháirteanna seachtracha ag an gciorcad minicíochta raidió ach amháin an t-aeróg, agus faigheann sé fuinneamh ón réimse leictreamaighnéadach minicíochta raidió trí cheartaitheoir dé-óid Schottky.
0 Réamhrá
Teicneolaíocht aitheantais uathoibríoch is ea sainaithint minicíochta raidió (RFID) a tháinig chun cinn sna 1990í. Tá buntáistí éagsúla ag teicneolaíocht RFID nach bhfuil ag teicneolaíocht barrachód, agus tá raon leathan feidhmchlár aici. Is féidir é a chur i bhfeidhm ar chártaí aitheantais saoránach dara glúin, cárta cathrach, idirbhearta airgeadais, bainistíocht an tslabhra soláthair, táillí foilseacháin leictreonacha (ETC), rialú rochtana, bainistíocht bagáiste aerfoirt, iompar poiblí, sainaithint coimeádán, bainistíocht beostoic, srl. Dá bhrí sin, é Tá sé an-tábhachtach máistreacht a dhéanamh ar theicneolaíocht déantúsaíocht sceallóga RFID. Faoi láthair, cuireann an t-éileamh ar iarratais atá ag síormhéadú riachtanais níos airde ar aghaidh maidir le sceallóga RFID, a éilíonn acmhainn níos mó, costas níos ísle, méid níos lú, agus ráta sonraí níos airde. De réir an cháis seo, molann an t-alt seo ciorcad minicíochta raidió sliseanna trasfhreagróra éighníomhach fad-chumhachta UHF UHF RFID.
I measc minicíochtaí oibre coitianta RFID tá minicíocht íseal 125kHz, 134.2kHz, ardmhinicíocht 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, micreathonn 2.45GHz, 5.8GHz, srl. Toisc go n-úsáideann an córas minicíochta íseal 125kHz, 134.2kHz, ardmhinicíocht 13.56MHz cornaí mar antennas agus úsáideann ionduchtóirí Tá an fad oibre réasúnta gearr, de ghnáth ní mó ná 1.2m, agus tá an bandaleithead teoranta do roinnt cileavata san Eoraip agus i réigiúin eile. Mar sin féin, is féidir le UHF (860 ~ 93Uh1Hz) agus micreathonn (2.45GHz, 5.8GHz) achar oibre níos faide, ráta sonraí níos airde, agus méid antenna níos lú a sholáthar, agus mar sin tá sé anois ina réimse taighde te de RFID.
Téipeáiltear an sliseanna ciorcad RF a mholtar sa pháipéar seo trí úsáid a bhaint as an bpróiseas Cairte 0.35μm 2P4M CM0S a thacaíonn le dé-óidí Schottky agus cuimhne inléite in-ríomhchláraithe go leictreach amháin (EEPROM). Tá friotaíocht sraithe níos ísle agus voltas ar aghaidh ag dé-óidí Schottky, agus féadann siad éifeachtúlacht chomhshó níos airde a sholáthar agus an fuinneamh comhartha ionchuir RF a fhaightear á thiontú ina sholáthar cumhachta DC, agus ar an gcaoi sin tomhaltas cumhachta a laghdú. Nuair is é 4W (36dBm) an chumhacht radaithe iseatrópach éifeachtach (EIRP) agus gurb é 0dB an gnóthachan antenna, oibríonn an sliseanna ciorcad minicíochta raidió ag 915MHz, tá an fad léitheoireachta níos mó ná 3m, agus tá an sruth oibre níos lú ná 8μA.
1 struchtúr ciorcad RF
Is é Figiúr 1 léaráid an chórais sliseanna trasfhreagróra UHF RF1D, a chuimsíonn ciorcaid minicíochta raidió, ciorcaid rialaithe loighic agus EEPROM den chuid is mó. Ina measc, is féidir an chuid ciorcad minicíochta raidió a roinnt sna príomh-mhodúil chiorcaid seo a leanas: oscillator áitiúil agus ciorcad giniúna clog, ciorcad athshocraithe cumhachta, foinse tagartha voltais, líonra meaitseála agus ciorcad backscatter, ceartaitheoir, rialtóir voltais agus modhnú aimplitiúid (AM ) Demodulator, srl. Níl aon chomhpháirteanna seachtracha ann ach an t-antenna, agus glacann an chuid antenna struchtúr dépholl, agus déantar é a mheaitseáil le impedance ionchuir an cheartaitheora trí líonra meaitseála, mar an t-aon fhoinse fuinnimh don sliseanna iomlán. Taispeántar an tsamhail choibhéiseach i bhFíor 2. Tá dhá chuid sa chuid fhíor de impedance antenna dipole, Rra agus Rloss, áit a bhfuil Rra impedance radaíochta an antenna dipole, atá gné dhílis den antenna dipole, go ginearálta 73Ω, a léiríonn cumas an antenna tonnta leictreamaighnéadacha a radaíocht chuig an taobh amuigh; Rloss Gineann friotaíocht ohmach na miotail a úsáidtear chun an t-aeróg a dhéanamh teas de ghnáth. Tá an chuid samhailteach X den impedance antenna dearfach i gcoitinne. Tá sé seo toisc go mbíonn an t-antenna ionduchtach go ginearálta ar an taobh amuigh. De ghnáth braitheann méid an ionduchtaithe choibhéisigh ar struchtúr topolaíoch an antenna agus ábhar an tsubstráit. Athraíonn an ceartaitheoir an chumhacht comhartha ionchuir RF cúpláilte isteach sa voltas DC a éilíonn an sliseanna. Déanann an rialtóir voltais an voltas DC a chobhsú ag leibhéal áirithe agus cuireann sé teorainn le haimplitiúid an voltais DC chun an sliseanna a chosaint ó bhriseadh síos mar gheall ar an iomarca voltais. Úsáidtear an demodulator AM chun an comhartha sonraí comhfhreagrach a bhaint as an gcomhartha iompróra a fuarthas. Úsáideann an ciorcad backscatter toilleoir inathraithe chun impedance an chiorcaid minicíochta raidió a athrú, agus ar an gcaoi sin na sonraí trasfhreagróra a sheoladh chuig an gceistitheoir RFID nó an léitheoir cárta. Úsáidtear an ciorcad athshocraithe cumhachta chun comhartha athshocraithe a ghiniúint don sliseanna iomlán. Murab ionann agus an trasfhreagróir ardmhinicíochta (HF) 13.56MHz, ní féidir leis an trasfhreagróir 915MHz UHF clog áitiúil a fháil ó mhinicíocht an iompróra, ach ní féidir leis ach clog a sholáthar don chuid den chiorcad loighic dhigiteach trí oscillator áitiúil ísealchumhachta ionsuite. Déanfar cur síos mionsonraithe ar na modúil chiorcaid seo go léir thíos ceann ar cheann.
Fíor 1 Léaráid chórais sliseanna trasfhreagróra UHF RF1D
2 Múnla leictreach coibhéiseach de antenna trasfhreagróra
2 Dearadh agus anailís chiorcaid
2.1 Ciorcad ceartaitheora agus rialtóra
Sa pháipéar seo, úsáidtear caidéal luchtaithe Dickson comhdhéanta de dhé-óidí Schottky mar chiorcad an cheartaitheora. Taispeántar an léaráid scéimeach den chiorcad i bhFíor 3. Tá sé seo toisc go bhfuil friotaíocht sraithe níos ísle agus toilleas acomhal ag dé-óidí Schottky, agus is féidir leo éifeachtúlacht chomhshó níos airde a sholáthar agus an fuinneamh comhartha ionchuir RF a fhaightear á thiontú ina sholáthar cumhachta DC, agus ar an gcaoi sin tomhaltas cumhachta a laghdú. Tá gach dé-óid Schottky ceangailte le chéile ag toilleoirí pola-polai. Déantar an toilleoir ingearach a mhuirearú agus a stóráil i leath timthriall diúltach an voltais ionchuir Vin, agus déantar an toilleoir cothrománach a mhuirearú agus a stóráil i leath timthriall dearfach Vin, agus ar an gcaoi sin DC Ardvoltais a ghiniúint, is é an voltas mar thoradh air:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Is iad Vp, RF aimplitiúid an chomhartha minicíochta raidió ionchuir, is iad Vf, D voltas ar aghaidh an dé-óid Schottky, agus is é n líon na gcéimeanna caidéil luchtaithe a úsáidtear.
Fíor 4 Léaráid chiorcaid den rialtóir voltais
2.2 Líonra meaitseála agus ciorcad cúlbhrait
Murab ionann agus an trasfhreagróir 13.56MHz HF, úsáideann trasfhreagróir RFID banda UHF antenna dipole. Is éard atá i bhFíor 5 léaráid chiorcaid choibhéiseach SPICE (clár simulaTIon le béim chiorcaid chomhtháite) ar an trasfhreagróir agus ar an antenna. Sa tsamhail chiorcaid choibhéiseach SPICE seo, is é Vs an comhartha iompróra RF a fuarthas, is é impedance an antenna Zs = Rs + jXL, ar féidir a mheas mar fhriotaíocht inmheánach na foinse voltais Vs, agus impedance ionchuir coibhéiseach an tslis trasfhreagróra. is ZL = RL-jXL. Dá bhrí sin, nuair a bhíonn ZL = Zs *, déantar an impedance a mheaitseáil agus tá an tarchur cumhachta uasta. I gcás meaitseáil impedance, ó thaobh an trasfhreagróra le antenna, ba cheart gurb é Z = 2RL an impedance a fhaightear, agus mar sin faighimid an gaol idir an chumhacht glactha Pre agus an swing voltais VS mar thaobh:
Ansin is é an t-ionchur Vin swing voltais ar dhá cheann an tslis:
D’fhonn meaitseáil impedance a bhaint amach, ní mór don chiorcad claochlú impedance a dhéanamh ar an líonra meaitseála freisin, ionas gur féidir le friotaíocht inmheánach an antenna agus impedance ionchuir an chuid den chiorcad minicíochta raidió meaitseáil chomhchuingeach a bhaint amach, mar sin bainimid úsáid as cineál L. líonra meaitseála. Mar gheall ar ardchostas ionduchtóirí comhtháite sliseanna agus cruinneas íseal, úsáidimid ionduchtas an antenna mar inductor meaitseála chun an toilleoir meaitseála a chomhtháthú sa sliseanna. Tar éis a ríomh, tá impedance ionchuir an chiorcaid minicíochta raidió thart ar (105-j406) Ω.
Fíor 5 Léaráid chiorcaid choibhéiseach SPICE de thrasfhreagróir agus antenna
Léaráid scéimeach den chiorcad backscatter is ea Figiúr 6. Úsáideann an ciorcad backscatter toilleoir inathraithe chun impedance an chiorcaid minicíochta raidió a athrú, agus ar an gcaoi sin na sonraí trasfhreagróra a sheoladh chuig an gceistitheoir RFID nó an léitheoir cárta. Is é varactor MOS a réadaíonn an toilleas athraitheach. Sa phróiseas caighdeánach CMOS, is féidir linn an toilleas inathraithe faoi rialú voltais a úsáid ó gheata an fheadáin MOS go dtí an tsubstráit, agus geata an varactor MOS a úsáid mar cheann amháin den toilleoir agus ag deireadh na foinse Ceangail leis an teirminéal draein mar an foirceann eile an toilleora.
Ciorcad demodulator 2.3 AM
Úsáidtear an ciorcad demodulator AM chun an t-iompróir modúlach a fuarthas a chur ar ais i gcomhartha digiteach le haghaidh próiseála bonnbhanda. Tá an ciorcad dí-uiscithe comhdhéanta de chiorcad braite clúdaigh, ciorcad scagaire agus comparadóir (mar a thaispeántar i bhFíor 7). Úsáideann an comparadóir an comparadóir Hysteresis chun an ráta earráide giotán a laghdú. Úsáideann brathadóir an chlúdaigh an ciorcad céanna leis an gceartóir chun an comhartha clúdaigh a bhaint. Úsáidtear an scagaire pas íseal chun comharthaí torainn agus círéibeacha ar an soláthar cumhachta a dhíchur. Faoi dheireadh, cuirtear an comhartha clúdaigh ar ais go comhartha digiteach ag aschur an chomparadóra tríd an gcomparadóir hysteresis.
Fíor 7 AM léaráid scéimeach demodulator
2.4 Ciorcad athshocraithe cumhachta
Tá dhá phríomhfheidhm ag an gciorcad athshocraithe cumhachta. Is é ceann amháin nuair a théann an trasfhreagróir isteach i limistéar éifeachtach an idirghabhálaí nó an léitheora cárta agus go bhfuil an gnáth-acmhainn oibre bainte amach ag voltas an tsoláthair chumhachta, ginfidh sé comhartha athshocraithe don sliseanna iomlán; is é an dara ceann nuair a thiteann voltas an tsoláthair chumhachta go tobann. Nuair a athshocraítear an ciorcad, féadfaidh sé an ciorcad loighic a chosc ó mhífheidhmiú. Léaráid chiorcaid athshocraithe cumhacht-ar-ais is ea Figiúr 8, is é 10μs an aga moille athshocraithe cumhachta ar an gciorcad. Nuair a leanann an t-am ag méadú ó nialas agus níos mó ná an voltas tarraingt suas 2.4V, déantar an feadán P MP1 agus an feadán N MN1 a chasadh air ar dtús, rud a fhágann go n-ardóidh poitéinseal pointí A agus B ó 0 de réir a chéile le méadú Yu, tar éis na céime droim ar ais Athraíonn voltais gheata na trasraitheoirí MP2 agus MN2 go líneach le hardú VDD, mar sin ag an tús, déantar MN2 a chasadh air agus MP2 a mhúchadh, ionas go mbeidh an voltas ag pointe C i gcónaí 0 (athshocrú éifeachtach) . Nuair a shroicheann VDD acmhainn níos airde, ardaíonn an poitéinseal ag pointe A go leibhéal áirithe ag an am céanna, rud a fhágann go ndéantar an feadán MN2 a ghearradh amach. Ag an am seo, déantar an feadán MP2 a chasadh air agus ardaíonn an poitéinseal ag pointe C go gasta. Tar éis leibhéil éagsúla maolán, faightear sclábhaí. Aschur comhartha trasdula 0 go 1, ionas go dtosaíonn an ciorcad ag obair de ghnáth. Is é cascáidiú na gcéimeanna seo a leanas de mhaoláin agus ualaí toilleasacha moill ama de thart ar 10μs a fháil, is é sin, nuair a bhíonn VDD níos airde ná 2.4V agus má choinníonn sé 10μs, comhlánaíonn an comhartha athshocraithe an léim, chun oibriú cobhsaí na an ciorcad. Seo a leanas na torthaí insamhalta a thaispeántar i bhFíor 9.
Fíor 8 Léaráid scéimeach ciorcad athshocraithe cumhachta
Fíor 9 Torthaí insamhalta ciorcad athshocraithe cumhachta
2.5 Oscillator áitiúil agus ciorcad giniúna clog
Murab ionann agus an trasfhreagróir 13.56MHz HF, ní féidir leis an trasfhreagróir 915MHz UHF clog áitiúil a fháil ó mhinicíocht an iompróra, ach ní féidir leis ach clog a sholáthar don chuid ciorcad loighic dhigitigh trí oscillator áitiúil ísealchumhachta ionsuite. Is féidir le minicíocht an chloig glacadh le hearráid ± 30%, agus níl cruinneas minicíocht an chloig ard, mar sin is féidir struchtúr oscillator réasúnta simplí a úsáid chun tomhaltas cumhachta an tslis a laghdú. Tar éis na hanailíse, shocraíomar oscillator fáinne a úsáid comhdhéanta d’inverters lán-difreálacha corr-uimhrithe, a fhéadann ní amháin athrú ar voltas mód coitianta a shochtadh, ach a fhéadann tréithe maithe soláthair cumhachta a fháil. Is léaráid scéimeach é Figiúr 10 den ascalaithe áitiúil agus ciorcad giniúna clog. Tar éis tástála insamhalta, agus coinníollacha iomlána na teochta, voltas an tsoláthair chumhachta agus na n-athruithe uillinne próisis á meas, tá minicíocht aschuir an chiorcaid thart ar 250kHz, agus cinntíonn a earráid athraithe go bhfuil cruinneas ráta giotán na sonraí níos lú ná 15% de VDD. Níl aon tionchar ag an bhfeidhmíocht, agus is fearr na riachtanais dearaidh córais a chomhlíonadh. Taispeánann Figiúr 11 an comhartha clog a fhaightear trí insamhalta.
Fíor 10 Léaráid scéimeach de oscillator áitiúil agus ciorcad giniúna clog
Fíor 11 Comhartha clog a fhaightear trí insamhalta
3 Torthaí tástála agus anailís
Glacann an sliseanna ciorcad minicíochta raidió próiseas CMOS Cairte 0.35μm 2P4M a thacaíonn le dé-óid Schottky agus EEPROM le haghaidh téipeála. Is é 300μm × 720μm an limistéar croí sliseanna ciorcad gan pads I / O (PAD). Seachas an dá PAD a úsáidtear chun nascadh le antennas seachtracha, úsáidtear na PADanna eile le haghaidh tástála feidhm sliseanna. Is é Figiúr 12 an léaráid tonnform a fhaightear tar éis don sliseanna ciorcad minicíochta raidió a bheith ceangailte leis an antenna seachtrach agus tástáil a dhéanamh ar léitheoir an chárta le haghaidh cumarsáide. Déantar an tástáil ag baint úsáide as léitheoir cárta RFID THM6BC1-915 UHF de Beijing Tsinghua Tongfang Microelectronics Co., Ltd. a chomhlíonann caighdeán ISO / IEC 18000-6B. Is é Figiúr 12 (a) an tonnform VDD a fhaigheann an ceartaitheoir agus an ciorcad rialtóra voltais tar éis dó an comhartha minicíochta raidió a tharchuir an léitheoir cárta a fháil. Is é an meánluach ná 3.3V, agus níl ach círéib níos lú ná 20mV ann, atá sásta go maith Comhlíontar na riachtanais innéacs dearaidh. Taispeánann Fíor 12 (b) an comhartha digiteach a sheol an léitheoir cárta a fuair an dí-dhathú sliseanna ciorcaid RF. Tar éis tástála, nuair a bhíonn an EIRP 4W (36dBm) agus OdB an gnóthachan antenna, oibríonn an sliseanna ciorcad minicíochta raidió ag 915MHz, tá an fad léitheoireachta níos mó ná 3m, agus tá an sruth oibre níos lú ná 8μA.
Fíor 12 Léaráid tonnfhoirm tástála de sliseanna ciorcad RF
4 Conclúid
Molann an páipéar seo ciorcad minicíochta raidió sliseanna trasfhreagróra éighníomhach UHF RFID éighníomhach a chomhlíonann caighdeán ISO / IEC 18000-6B. Oibríonn an ciorcad minicíochta raidió ag 915MHz agus níl aon chomhpháirteanna seachtracha aige seachas an t-aeróg. Úsáideann sé dé-óidí Schottky. Faigheann an ceartaitheoir fuinneamh ón réimse leictreamaighnéadach minicíochta raidió. Úsáidtear an próiseas cairte 0.35μm 2P4M CMQS a thacaíonn le dé-óidí Schottky agus EEPROM le haghaidh téipeála, agus is é a limistéar lárnach 300μm × 720μm. Cuimsíonn ciorcad minicíochta raidió RFID roinnt príomh-mhodúl mar oscillator áitiúil, ciorcad giniúna clog, ciorcad athshocraithe, líonra meaitseála agus ciorcad backscatter, ceartaitheoir, rialtóir voltais agus demodulator AM. Déanann an téacs seo gach ciorcad modúil a dhearadh agus a bharrfheabhsú, déanann sé an ciorcad minicíochta raidió ídithe cumhachta íseal a dhearadh a thagann leis an gceanglas caighdeánach. Rinneadh an tástáil le léitheoir cárta RFID THH6BC1-915Y2 UHF a chloíonn le caighdeán ISO / IEC 18000-6B. Taispeánann torthaí na tástála go bhfuil an fad léitheoireachta níos mó ná 3m, agus sásaíonn an toradh riachtanais innéacs an chórais trasfhreagróra éighníomhach UHF RFID.
Ár táirge eile:
