13.56 MHz读卡器芯片发射子系统的设计与实现
RFID技术解决了诸多无线近距离通讯的实现和应用的难题,在信息交互领域中发挥重要作用,通过电子读卡器和电子标签有力保障了近距离数据传输的可能性和可靠性。读卡器IC和电子标签IC是两种最为重要且应用最为广泛的RFID IC。读卡器主要是作为一个终端设备的主动方,具备收发、控制、管理等等各项功能,电子标签作为一个终端设备的被动方,具备相应收发的响应、存储等等各项匹配功能。电子标签一般不能够独立于读卡器而单独存在,二者往往是一对多的关系,即一个读卡器可以对应多个电子标签。针对读卡器 IC来说,它的复杂度和集成度比电子标签要更强一些,功耗性能比上要求要更高一些。13.56 MHz作为中频段的典型代表,在现实应用中处于研究的热点,因此本文主要针对该频率下研究读卡器的IC发射子系统的电路设计与实现。 本文对发射子系统的深入研究表明,功率控制和调制深度控制是子系统的核心功能。与此同时,由于对于系统通用性、稳定性和可靠性的考虑,发射子系统的兼容性和安全性也是本文的研究重点。在基于传统的设计思路上,通过数字调制加上功率放大器,本文提出了一种可兼容多协议的、可配置功率和调制深度的、可保护的读卡器发射子系统,用来实现各种协议下的读卡器的发送功能。该发射子系统包括模拟电路系统和数字电路系统两大块,模拟电路系统主要实现了发射子系统的调制和发射功能,包括晶振电路、功率放大器、调制器和天线驱动器、短路保护电路。数字电路系统主要实现了数字控制信号的SPI接口和调制发射的功率和深度控制。该发射子系统支持13.56 MHz下的ISO14443 A&B、ISO15693(ISO18000-6)等多种协议,发射的驱动功率在3.3V工作电压下需要达到最大200 mW,根据需要可以调节输出功率大小;调制深度需要覆盖0％～100％,典型的应用如10％,30％和100％(OOK调制)。此外,在外界驱动天线发生电源或地短路时,该驱动器能够自动关闭,保护功率放大器被短路的大电流烧掉。 该高性能可应用的读卡器 IC发射子系统的设计需要优化电路结构、功率放大器尺寸以及驱动器参数等等设计参数。对这些参数的优化需要对该发射子系统的面积和性能进行折中考虑。基于0.35μm CMOS工艺,本文对不同工艺角参数组合的发射子系统进行了设计评估,并实现了一组较为优化的适宜于各个工艺角的设计参数,本文具体设计并实现了该发射子系统,工作频率为13.56 MHz,面积约为400umX600um。后仿结果表明,该发射子系统具有良好的发送性能,实现了可兼容、可配置、可保护的功能,发射子系统功率效率达到38.4％。
读卡器芯片;发射子系统;射频识别技术;优化设计
华中科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
雷鑑铭
2012
中文
TP332
67
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）