Радыёчастотная схема з нізкім энергаспажываннем пасіўны мікрачып радыёчастотнай ідэнтыфікацыі радыёчастотнага мікрасхемы
У гэтым артыкуле прапануецца высокапрадукцыйная пасіўная радыёчастотная мікрасхема мікрачыпавага пасіўнага звышвысокага частотнага (УВЧ) радыёчастотнага ідэнтыфікацыйнага прызначэння (RFID), якая адпавядае стандарту ISO / IEC18000-6B. Радыёчастотная схема не мае знешніх кампанентаў, акрамя антэны, і атрымлівае энергію ад радыёчастотнага электрамагнітнага поля праз дыёдны выпрамнік Шотткі.
Аматары электронных сеткавых інжынераў • Крыніца: Аздабленне сайта • Аўтар: Ананім • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 Прачытана 0 разоў
Радыёчастотная схема з нізкім энергаспажываннем пасіўны мікрачып радыёчастотнай ідэнтыфікацыі радыёчастотнага мікрасхемы
У гэтым артыкуле прапануецца высокапрадукцыйная пасіўная радыёчастотная мікрасхема мікрачыпавага пасіўнага звышвысокага частотнага (УВЧ) радыёчастотнага ідэнтыфікацыйнага прызначэння (RFID), якая адпавядае стандарту ISO / IEC18000-6B. Радыёчастотная схема не мае знешніх кампанентаў, акрамя антэны, і атрымлівае энергію ад радыёчастотнага электрамагнітнага поля праз дыёдны выпрамнік Шотткі.
Прадмова 0
Радыёчастотная ідэнтыфікацыя (RFID) - гэта тэхналогія аўтаматычнай ідэнтыфікацыі, якая з'явілася ў 1990-х. Тэхналогія RFID мае мноства пераваг, якіх не мае тэхналогія штрых-кода, і яна мае шырокі спектр прымянення. Ён можа прымяняцца да грамадзянскіх пасведчанняў другога пакалення, гарадской карты, фінансавых аперацый, кіравання ланцужкамі паставак, платы за электронныя публікацыі (ETC), кантролю доступу, кіравання багажом аэрапорта, грамадскага транспарту, ідэнтыфікацыі кантэйнераў, кіравання жывёлай і г.д. вельмі важна асвоіць тэхналогію вытворчасці чыпаў RFID. У цяперашні час пастаянна расце попыт на дадаткі выстаўляе больш высокія патрабаванні да чыпаў RFID, якія патрабуюць большай ёмістасці, меншага кошту, меншага аб'ёму і больш высокай хуткасці перадачы дадзеных. У адпаведнасці з гэтай сітуацыяй у гэтым артыкуле прапануецца радыёчастотная мікрасхема мікраэнергетычнага пасіўнага UHF UHF RFID-транспондэра.
Агульныя працоўныя частоты RFID ўключаюць нізкачашчынныя 125kHz, 134.2kHz, высокія частоты 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, мікрахвалевыя 2.45GHz, 5.8GHz і г.д. і выкарыстоўвае катушкі індуктыўнасці Працоўная адлегласць адносна невялікая, як правіла, не больш за 125 м, а прапускная здольнасць у Еўропе і іншых рэгіёнах абмежаваная некалькі кілагерцаў. Аднак УВЧ (134.2 ~ 13.56Uh1.2Hz) і мікрахвалевыя печы (860GHz, 93GHz) могуць забяспечыць большую працоўную адлегласць, больш высокую хуткасць перадачы дадзеных і меншы памер антэны, таму гэта стала гарачай вобласцю даследаванняў RFID.
Радыёчастотная мікрасхема, прапанаваная ў дадзеным артыкуле, змацавана з выкарыстаннем працэсу Chartered 0.35 мкм 2P4M CM0S, які падтрымлівае дыёды Шоткі і электрычна сціраемую праграмуемую памяць, даступную толькі для чытання (EEPROM). Дыёды Шоткі маюць меншае супраціў серыі і напружанне ўперад і могуць забяспечыць больш высокую эфектыўнасць пераўтварэння пры пераўтварэнні атрыманай энергіі ўваходнага радыёчастотнага сігналу ў крыніца пастаяннага току, зніжаючы тым самым энергаспажыванне. Калі эфектыўная ізатропная магутнасць выпраменьвання (EIRP) складае 4 Вт (36 дБм), а ўзмацненне антэны 0 дБ, мікрасхема радыёчастотнай ланцуга працуе на 915 МГц, адлегласць счытвання больш за 3 м, а працоўны ток менш за 8 мкА.
1 структура ВЧ-схемы
На малюнку 1 прыведзена схема мікрасхемы прыёмніка UHF RF1D, якая ў асноўным уключае радыёчастотныя ланцугі, схемы лагічнага кіравання і EEPROM. Сярод іх радыёчастотную частку ланцуга можна падзяліць на наступныя асноўныя модулі схемы: генератар генератара і схемы генерацыі тактавай частоты, ланцуг скіду пры ўключэнні, крыніца эталоннага напружання, адпаведныя сеткі і ланцугі зваротнага рассейвання, выпрамнік, рэгулятар напружання і амплітудная мадуляцыя (AM ) Дэмадулятар і г. д. Знешнія кампаненты, акрамя антэны, адсутнічаюць, а частка антэны прымае дыпольную структуру і адпавядае ўваходнаму супраціву выпрамніка праз адпаведную сетку, як адзіную крыніцу энергіі для ўсяго чыпа. Эквівалентная мадэль паказана на малюнку 2. Рэальная частка імпедансу дыпольнай антэны складаецца з дзвюх частак, Rra і Rloss, дзе Rra - імпеданс выпраменьвання дыпольнай антэны, які ўласцівы дыпольнай антэне, звычайна 73Ω, які ўяўляе здольнасць антэны выпраменьваць электрамагнітныя хвалі звонку; Rloss Амічны супраціў металу, які выкарыстоўваецца для вырабу антэны, звычайна выпрацоўвае толькі цяпло. Уяўная частка X імпедансу антэны, як правіла, дадатная. Гэта таму, што антэна, як правіла, індуктыўная звонку. Велічыня эквівалентнай індуктыўнасці звычайна залежыць ад тапалагічнай структуры антэны і матэрыялу падкладкі. Выпрамляльнік пераўтворыць спалучаную магутнасць радыёчастотнага сігналу ў напружанне пастаяннага току, неабходнае мікрасхемы. Рэгулятар напружання стабілізуе напружанне пастаяннага току на пэўным узроўні і абмяжоўвае амплітуду пастаяннага напружання, каб абараніць мікрасхему ад паломкі з-за празмернага напружання. Дэмадулятар AM выкарыстоўваецца для вымання адпаведнага сігналу дадзеных з прынятага сігналу нясучай. Схема зваротнага рассейвання выкарыстоўвае пераменны кандэнсатар для змены імпедансу радыёчастотнай ланцуга, адпраўляючы тым самым дадзеныя транспандэра ў дазнавальнік RFID або счытвальнік карт. Схема скіду пры ўключэнні выкарыстоўваецца для генерацыі сігналу скіду для ўсяго чыпа. У адрозненне ад прыёмніка высокай частоты (ВЧ) 13.56 МГц, УВЧ-перадатчык 915 МГц не можа атрымаць лакальны тактавы сігнал ад нясучай частаты, а можа забяспечыць тактавы сігнал толькі для часткі лічбавай лагічнай схемы праз убудаваны генератар малой магутнасці. Усе гэтыя модульныя схемы будуць падрабязна апісаны ніжэй адзін за адным.
Малюнак 1 Схема сістэмы мікрасхемаў транспондэра УВЧ RF1D
2 Эквівалентная электрычная мадэль прыёмнай антэны
2 Схема праектавання і аналіз
2.1 Схема выпрамніка і рэгулятара
У гэтым артыкуле ў якасці выпрамніка выкарыстоўваецца зарадны помпа Дыксана, які складаецца з дыёдаў Шоткі. Прынцыповая схема схемы паказана на малюнку 3. Гэта таму, што дыёды Шоткі маюць меншае паслядоўнае супраціў і ёмістасць злучэння, і могуць забяспечыць больш высокую эфектыўнасць пераўтварэння пры пераўтварэнні атрыманай энергіі ўваходнага радыёчастотнага сігналу ў крыніца харчавання пастаяннага току, тым самым памяншаючы энергаспажыванне. Усе дыёды Шоткі злучаны паміж сабой полі-полі-кандэнсатарамі. Вертыкальны кандэнсатар зараджаецца і захоўваецца ў адмоўным паўцыкле ўваходнага напружання Vin, а гарызантальны кандэнсатар зараджаецца і захоўваецца ў станоўчым паўцыклу Vin, ствараючы тым самым высокае напружанне пастаяннага току, выніковае напружанне:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Vp, RF - амплітуда ўваходнага радыёчастотнага сігналу, Vf, D - прамое напружанне дыёда Шоткі, n - колькасць выкарыстоўваных каскадаў зараднай помпы.
Малюнак 4 Электрычная схема рэгулятара напружання
2.2 Супадзенне сеткі і ланцуга зваротнага рассейвання
У адрозненне ад ВЧ-транспондэра з частатой 13.56 МГц, RFID-дыяпазон УВЧ-дыяпазону выкарыстоўвае дыпольную антэну. Малюнак 5 - эквівалентная схема SPICE (праграма мадэлявання з акцэнтам на інтэгральнай схеме) электрасхемы транспондэра і антэны. У гэтай эквівалентнай мадэлі схемы SPICE атрыманы радыёчастотны сігнал Vs складае Vs, імпеданс антэны Zs = Rs + jXL, што можа разглядацца як унутранае супраціўленне крыніцы напружання Vs і эквівалентны ўваходны імпеданс мікрасхемы транспандэра складае ZL = RL-jXL. Такім чынам, калі ZL = Zs *, імпеданс адпавядае, а магутнасць перадачы максімальная. У выпадку супадзення імпедансу, з пункту гледжання транспондера з антэнай, атрыманы імпеданс павінен быць Z = 2RL, такім чынам, мы атрымліваем залежнасць паміж прымальнай магутнасцю Pre і ваганнем напружання VS у якасці боку:
Тады ваганне напружання Vin на абодвух канцах мікрасхемы:
Для таго, каб дасягнуць узгаднення імпедансу, ланцуг таксама павінен выканаць пераўтварэнне імпедансу ў узгадняльнай сетцы, каб унутранае супраціўленне антэны і ўваходны супраціў часткі радыёчастотнай ланцуга маглі дасягнуць спалучанага супадзення, таму мы выкарыстоўваем L-тып адпаведнасць сеткі. З-за высокага кошту мікрасхемных убудаваных катушак індуктыўнасці і нізкай дакладнасці мы выкарыстоўваем індуктыўнасць антэны ў якасці адпаведнага катушка індуктыўнасці, каб інтэграваць адпаведны кандэнсатар у мікрасхему. Пасля разліку ўваходны імпеданс радыёчастотнай ланцуга складае каля (105-j406) Ом.
Малюнак 5 Схема эквівалентнай SPICE транспондэра і антэны
На малюнку 6 прыведзена прынцыповая схема ланцуга зваротнага рассейвання. Схема зваротнага рассейвання выкарыстоўвае пераменны кандэнсатар для змены імпедансу радыёчастотнай ланцуга, адпраўляючы тым самым дадзеныя транспандэра ў дазнавальнік RFID або счытвальнік карт. Пераменная ёмістасць рэалізуецца варактарам MOS. У звычайным працэсе CMOS мы можам выкарыстоўваць зменную ёмістасць з рэгуляваным напружаннем ад засаўкі MOS-трубкі да падкладкі і выкарыстоўваць затвор MOS-варактара як адзін канец кандэнсатара, а канец крыніцы Злучыць са зліўнай клемай як іншы канец кандэнсатара.
Схема дэмадулятара 2.3 AM
Схема дэмадулятара AM выкарыстоўваецца для аднаўлення атрыманай мадуляванай носьбіта ў лічбавы сігнал для апрацоўкі асноўнай паласы. Схема дэмадуляцыі складаецца з схемы выяўлення канверта, схемы фільтра і кампаратара (як паказана на малюнку 7). Кампаратар выкарыстоўвае кампастар Hysteresis, каб паменшыць частату памылак у бітах. Дэтэктар канверта выкарыстоўвае тую ж схему, што і выпрамнік, для здабывання сігналу канверта. Фільтр нізкіх частот выкарыстоўваецца для ліквідацыі шумавых сігналаў і пульсацый на крыніцы харчавання. Нарэшце, сігнал канверта аднаўляецца ў лічбавы сігнал на выхадзе кампаратара праз гістарызны кампаратар.
Малюнак 7 Схема дэмадулятара AM
2.4 Схема скіду пры ўключэнні
Схема скіду пры ўключэнні мае дзве асноўныя функцыі. Адзін з іх - калі транспондер трапляе ў эфектыўную вобласць дапытчыка або счытвальніка карт і напружанне блока харчавання дасягае нармальнага працоўнага патэнцыялу, ён генеруе сігнал скіду для ўсяго чыпа; другі - калі раптоўна падае напружанне блока харчавання. Калі схема перазагружана, гэта можа прадухіліць няспраўнасць лагічнай схемы. На малюнку 8 прыведзена схема схемы скіду пры ўключэнні, час затрымкі скіду пры ўключэнні складае 10 мкс. Калі час працягвае павялічвацца з нуля і перавышае напружанне нацягвання 2.4 В, у першую чаргу ўключаюцца Р-трубка MP1 і N-трубка MN1, дзякуючы чаму патэнцыялы кропак A і B паступова ўзрастаюць з 0 з павелічэннем Yu, пасля зваротнай фазы Напружанне засаўкі транзістараў MP2 і MN2 лінейна змяняецца з ростам VDD, таму ў пачатку MN2 уключаецца і MP2 адключаецца, так што напружанне ў кропцы C заўсёды роўна 0 (эфектыўны скід) . Калі VDD дасягае больш высокага патэнцыялу, патэнцыял у кропцы А таксама адначасова ўзрастае да пэўнага ўзроўню, робячы адрэзаную трубку MN2. У гэты час уключаецца трубка MP2, і патэнцыял у кропцы С хутка ўзрастае. Пасля некалькіх узроўняў буфераў атрымліваецца падпарадкаваны. Лагічны выхад пераходнага сігналу ад 0 да 1, так што схема пачынае працаваць у звычайным рэжыме. Каскадныя наступныя этапы буфераў і ёмістных нагрузак складаюцца ў атрыманні затрымкі ў часе каля 10 мкс, гэта значыць, калі VDD вышэй 2.4 В і захоўвае 10 мкс, сігнал скіду завяршае скачок, каб рэалізаваць стабільную працу ланцуг. Вынікі мадэлявання прадстаўлены на малюнку 9.
Малюнак 8 Прынцыповая схема схемы скіду пры ўключэнні
Малюнак 9 Вынікі мадэлявання схемы скіду пры ўключэнні
2.5 Лакальны генератар і схема генерацыі тактавай частоты
У адрозненне ад ВЧ-транспондэра 13.56 МГц, УВЧ-транспандэр 915 МГц не можа атрымаць лакальны тактавы сігнал ад нясучай частаты, а можа забяспечыць тактавыя дадзеныя для часткі лічбавай лагічнай схемы толькі праз убудаваны генератар малой магутнасці. Тактовая частата можа прымаць хібнасць ± 30%, а дакладнасць тактавай частоты не высокая, таму для памяншэння энергаспажывання мікрасхемы можа быць выкарыстана адносна простая структура асцылятара. Пасля аналізу мы вырашылі выкарыстаць кольцавы генератар, які складаецца з нячыстых лічбавых дыферэнцыяльных пераўтваральнікаў, якія не толькі могуць добра падушыць змену агульнарэжымнага напружання, але і атрымаць добрыя характарыстыкі падаўлення крыніцы харчавання. На малюнку 10 прыведзена прынцыповая схема генератара генератара і генератара тактавых частот. Пасля імітацыйнага выпрабавання, улічваючы поўныя ўмовы тэмпературы, напружання электрасілкавання і змены кута працэсу, выхадная частата ланцуга складае каля 250 кГц, а яго хібнасць змены гарантуе, што дакладнасць перадачы дадзеных складае менш за 15% ад VDD. Прадукцыйнасць не ўплывае, і патрабаванні да дызайну сістэмы выконваюцца лепш. На малюнку 11 паказаны сігнал тактоўкі, атрыманы пры мадэляванні.
Малюнак 10 Прынцыповая схема генератара генератара і схемы генерацыі гадзінніка
Малюнак 11 Сігнал гадзінніка, атрыманы з дапамогай мадэлявання
3 Вынікі выпрабаванняў і аналіз
Мікрасхема радыёчастотнай схемы прымае Chartered 0.35 мкм 2P4M CMOS-працэс, які падтрымлівае дыёд Шоткі і EEPROM для вывязкі. Плошча мікрасхемы асноўнай схемы без калодкі ўводу / высновы (PAD) складае 300 мкм × 720 мкм. За выключэннем двух PAD, якія выкарыстоўваюцца для падлучэння да знешніх антэн, астатнія PAD выкарыстоўваюцца для тэставання функцыі мікрасхем. На малюнку 12 прыведзены дыяграмны сігнал, атрыманы пасля падключэння мікрасхемы радыёчастотнай схемы да знешняй антэны і праверкі сувязі прылады для счытвання карт. Тэст праводзіцца з выкарыстаннем счытвальніка карт RFH UHF THM6BC1-915 кампаніі Peeking Tsinghua Tongfang Microelectronics Co., Ltd., які адпавядае стандарту ISO / IEC 18000-6B. Малюнак 12 (а) - гэта сігнал VDD, атрыманы схемай выпрамніка і рэгулятара напружання пасля прыёму радыёчастотнага сігналу, які перадаецца счытвальнікам карт. Сярэдняе значэнне складае 3.3 В, і ёсць толькі пульсацыі менш за 20 мВ, што цалкам задаволена. Патрабаванні да індэкса дызайну выкананы. На малюнку 12 (b) паказаны лічбавы сігнал, які пасылаецца счытвальнікам карт, атрыманы пры дэмадуляцыі мікрасхем ВЧ-схемы. Пасля тэставання, калі EIRP складае 4 Вт (36 дБм), а ўзмацненне антэны OdB, мікрасхема радыёчастотнай ланцуга працуе на 915 МГц, адлегласць счытвання больш за 3 м, а працоўны ток менш за 8 мкА.
Малюнак 12 Выпрабаванне дыяграмы дыяграмы схемы ВЧ-схемы
4 Заключэнне
У дадзеным артыкуле прапануецца высокаэфектыўная і маламагутная пасіўная радыёчастотная мікрасхема мікрасхемы UHF RFID, якая адпавядае стандарту ISO / IEC 18000-6B. Радыёчастотная схема працуе на частоце 915 МГц і не мае знешніх кампанентаў, акрамя антэны. У ім выкарыстоўваюцца дыёды Шоткі. Выпрамнік атрымлівае энергію ад радыёчастотнага электрамагнітнага поля. Чартарны працэс CMQS 0.35 мкм 2P4M, які падтрымлівае дыёды Шоткі і EEPROM, выкарыстоўваецца для вывязкі, а яго асноўная плошча складае 300 мкм × 720 мкм. Радыёчастотная схема RFID уключае ў сябе некалькі асноўных модуляў, такіх як генератар, схема генерацыі тактавай частоты, схема скіду, адпаведнасць сеткі і ланцуга зваротнага рассейвання, выпрамнік, рэгулятар напружання і дэмадулятар AM. Гэты тэкст распрацоўвае і аптымізуе кожную схему модуля, распрацоўвае радыёчастотную схему з нізкім энергаспажываннем, якая адпавядае стандартным патрабаванням. Тэст праводзіўся пры дапамозе счытвальніка карт RFH-карт UHF THM6BC1-915Y2, які адпавядае стандарту ISO / IEC 18000-6B. Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што адлегласць счытвання перавышае 3 м, і вынік задавальняе патрабаванням па індэксе пасіўнай УВЧ-сістэмы RFID-транспондэра.
Наш іншы прадукт:
