Radyo frekans sikwi nan konsomasyon pouvwa ki ba pasif ultrahigh frekans radyo idantifikasyon transponder chip
Papye sa a pwopoze yon pèfòmans ki ba-pouvwa pasif ultra-wo frekans (UHF) idantifikasyon frekans radyo (RFID) transponder chip sikwi frekans radyo ki satisfè estanda ISO / IEC18000-6B. Kous la frekans radyo pa gen okenn eleman ekstèn eksepte antèn lan, epi li resevwa enèji ki soti nan frekans radyo jaden elektwomayetik la nan yon redresman dyòd Schottky.
Enjenyè rezo amater elektwonik • Sous: Sit fini • Otè: Anonim • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 Li 0 fwa
Radyo frekans sikwi nan konsomasyon pouvwa ki ba pasif ultrahigh frekans radyo idantifikasyon transponder chip
Papye sa a pwopoze yon pèfòmans ki ba-pouvwa pasif ultra-wo frekans (UHF) idantifikasyon frekans radyo (RFID) transponder chip sikwi frekans radyo ki satisfè estanda ISO / IEC18000-6B. Kous la frekans radyo pa gen okenn eleman ekstèn eksepte antèn lan, epi li resevwa enèji ki soti nan frekans radyo jaden elektwomayetik la nan yon redresman dyòd Schottky.
KI NAN PREFAS
Idantifikasyon frekans radyo (RFID) se yon teknoloji idantifikasyon otomatik ki parèt nan ane 1990 yo. Teknoloji RFID gen yon varyete avantaj ke teknoloji kòd bar pa genyen, e li gen yon pakèt aplikasyon. Li ka aplike nan kat jenerasyon kat idantite sitwayen ameriken, kat vil, tranzaksyon finansye, jesyon ekipman pou chèn, frè piblikasyon elektwonik (ETC), kontwòl aksè, ayewopò jesyon Bagaj, transpò piblik, idantifikasyon veso, jesyon bèt, elatriye Se poutèt sa, li trè enpòtan pou metrize teknoloji fabrikasyon bato RFID yo. Koulye a, demann aplikasyon an tout tan-ogmante mete pi devan kondisyon ki pi wo sou bato RFID, ki mande pou pi gwo kapasite, pi ba pri, ki pi piti volim, ak pi wo pousantaj done. Dapre sitiyasyon sa a, atik sa a pwopoze yon long distans, ki ba-pouvwa pasif UHF UHF RFID transponder chip sikwi frekans radyo.
Komen frekans k ap travay nan RFID gen ladan frekans ki ba 125kHz, 134.2kHz, segondè frekans 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, mikwo ond 2.45GHz, 5.8GHz, elatriye Paske frekans ki ba 125kHz, 134.2kHz, segondè frekans 13.56MHz sistèm itilize bobin kòm antèn epi li itilize endukteur Distans k ap travay la se relativman kout, jeneralman pa plis pase 1.2m, ak Pleasant la limite a sa sèlman plizyè kilohertz nan Ewòp ak lòt rejyon yo. Sepandan, UHF (860 ~ 93Uh1Hz) ak mikwo ond (2.45GHz, 5.8GHz) ka bay pi long distans k ap travay, pi wo pousantaj done, ak pi piti gwosè antèn, kidonk li te vin yon jaden rechèch cho nan RFID.
Chip sikwi RF ki pwopoze nan papye sa a kole avèk pwosesis Chartered 0.35μm 2P4M CM0S ki sipòte dyod Schottky ak elektrik ki ka efasman programmable li sèlman memwa (EEPROM). Dyod Schottky gen pi ba rezistans seri ak vòltaj pi devan, epi yo ka bay pi wo efikasite konvèsyon lè konvèti resevwa enèji opinyon RF siyal la nan yon ekipman pou pouvwa DC, kidonk diminye konsomasyon pouvwa. Lè efektif izotropik pouvwa a gaye (EIRP) se 4W (36dBm) ak benefis antèn lan se 0dB, chip frekans radyo sikwi a ap travay nan 915MHz, distans lekti a pi gran pase 3m, ak kouran k ap travay la mwens pase 8μA.
1 estrikti sikwi RF
Figi 1 se dyagram UHF RF1D transponder chip sistèm lan, ki sitou gen ladan sikwi frekans radyo, sikui kontwòl lojik ak EEPROM. Pami yo, pati sikwi frekans radyo a ka divize an modil sikwi prensipal sa yo: osilatè lokal ak sikwi jenerasyon revèy, kouran-sou reset sikwi, sous referans vòltaj, matche rezo ak sikwi backscatter, redresman, regilatè vòltaj ak modulation anplitid (AM ) Demodulateur, elatriye Pa gen okenn eleman ekstèn eksepte antèn lan, ak pati nan antèn adopte yon estrikti dipol, epi li matche ak enpedans la opinyon nan redresman a atravè yon rezo matche, kòm sous la enèji sèlman pou chip la tout antye. Modèl ekivalan yo montre nan Figi 2. Pati reyèl enpedans yon antèn dipol konsiste de de pati, Rra ak Rloss, kote Rra se enpedans radyasyon antèn dipol la, ki se nannan antèn dipòl la, jeneralman 73Ω, ki reprezante kapasite antèn lan pou gaye vag elektwomayetik deyò; Rloss Rezistans nan ohmik nan metal la itilize fè antèn la jeneralman sèlman jenere chalè. Pati nan imajinè X nan enpedans nan antèn se jeneralman pozitif. Sa a se paske antèn la se jeneralman endiktif deyò an. Mayitid enduktans ekivalan a jeneralman depann de estrikti topolojik antèn lan ak materyèl substra a. Redresman an konvèti pouvwa makonnen siyal RF opinyon an nan vòltaj DC egzije chip la. Regilatè a vòltaj estabilize vòltaj la DC nan yon sèten nivo ak limit anplitid la nan vòltaj la DC pwoteje chip la soti nan pann akòz vòltaj twòp. Demodulateur AM la itilize pou ekstrè siyal done ki koresponn lan nan siyal konpayi asirans lan te resevwa a. Kous la backscatter itilize yon CAPACITOR varyab chanje enpedans la nan sikwi a frekans radyo, kidonk voye done yo transponder nan entèrogatè a RFID oswa lektè kat. Se kous la Reyajiste pouvwa-sou itilize jenere yon siyal Reyajiste pou chip la tout antye. Kontrèman ak 13.56MHz segondè frekans (HF) transponder, 915MHz UHF transponder a pa ka jwenn yon revèy lokal soti nan frekans lan konpayi asirans, men li ka sèlman bay yon revèy pou pati nan sikwi dijital lojik nan yon bati-an ba-pouvwa osilator lokal yo. Tout modil sikwi sa yo pral dekri an detay anba a youn pa youn.
Figi 1 UHF RF1D transpondè chip dyagram
2 Ekivalan modèl elektrik antèn transponder
2 Konsepsyon sikwi ak analiz
2.1 redresman ak regilatè sikwi
Nan papye sa a, yo itilize yon ponp chaj Dickson ki konpoze de dyod Schottky kòm sikwi redresman an. Dyagram nan schematic nan kous la yo montre nan Figi 3. Sa a se paske dyod Schottky gen pi ba rezistans seri ak junction capacité, epi yo ka bay pi wo efikasite konvèsyon lè konvèti resevwa RF opinyon enèji siyal la nan yon ekipman pou pouvwa DC, kidonk diminye konsomasyon pouvwa. Tout dyod Schottky yo konekte ansanm pa kondansateur poly-poly. Se kondansateur vètikal la chaje ak ki estoke nan sik la mwatye negatif nan vòltaj la opinyon Vin, ak kondansateur orizontal la chaje ak ki estoke nan sik la mwatye pozitif nan Vin, kidonk génération DC segondè vòltaj, vòltaj la ki kapab lakòz se:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Vp, RF yo se anplitid la nan siyal la frekans radyo opinyon, Vf, D yo se vòltaj la pi devan nan dyòd la Schottky, ak n se kantite etap ponp chaj yo itilize.
Figi 4 sikwi dyagram nan regilatè vòltaj
2.2 Matche rezo ak sikwi backscatter
Kontrèman ak 13.56MHz HF transponder, UHF bann RFID transponder a sèvi ak yon antèn dipol. Figi 5 se yon SPICE (pwogram simulaTIon ak anfaz sikwi entegre) dyagram sikwi ekivalan nan transponder la ak antèn lan. Nan modèl sikwi ekivalan SPICE sa a, siyal RF konpayi asirans lan se Vs, enpedans antèn lan se Zs = Rs + jXL, ki ka konsidere kòm rezistans entèn sous vòltaj Vs la, ak enpedans opinyon ekivalan chip transponder la. se ZL = RL-jXL. Se poutèt sa, lè ZL = Zs *, enpedans la matche ak transmisyon pouvwa a maksimòm. Nan ka a nan enpedans matche, ki soti nan pèspektiv nan transponder a ak antèn, enpedans la jwenn yo ta dwe Z = 2RL, se konsa nou jwenn relasyon ki genyen ant pouvwa a k ap resevwa Pre ak vòltaj la balanse VS kòm bò:
Lè sa a, vòltaj la balanse Vin opinyon nan tou de bout chip la se:
Yo nan lòd yo reyalize enpedans matche, kous la bezwen tou fè transfòmasyon enpedans sou rezo a matche, se konsa ke rezistans nan entèn nan antèn la ak enpedans nan opinyon nan pati nan sikwi frekans radyo ka reyalize konjige matche, se konsa nou itilize yon L-kalite matche rezo. Akòz pri a wo nan enduktè chip entegre ak presizyon ki ba, nou itilize enduktans nan antèn lan kòm yon enduktè matche entegre kondansateur la matche nan chip la. Apre kalkil, enpedans la opinyon nan sikwi frekans radyo a se sou (105-j406) Ω.
Figi 5 SPICE dyagram sikwi ekivalan nan transponder ak antèn
Figi 6 se yon dyagram schematic nan sikwi backscatter la. Kous la backscatter itilize yon CAPACITOR varyab chanje enpedans la nan sikwi a frekans radyo, kidonk voye done yo transponder nan entèrogatè a RFID oswa lektè kat. Kapasite varyab la reyalize pa MOS varactor. Nan pwosesis CMOS estanda, nou ka itilize vòltaj-kontwole kapasite varyab la soti nan pòtay la nan tib la MOS nan substra a, epi sèvi ak pòtay lavil la nan varactor la MOS kòm yon bout nan kondansateur la ak nan fen sous Konekte ak tèminal la drenaj kòm la lòt fen nan kondansateur la.
2.3 AM demodulateur sikwi
Se kous la demodulateur AM itilize retabli konpayi asirans lan resevwa modile nan yon siyal dijital pou pwosesis baz. Se kous la demodulasyon ki konpoze de yon sikwi deteksyon anvlòp, yon sikwi filtre ak yon konparezon (jan yo montre nan Figi 7). Konparatè a sèvi ak isterèz konparatè pou diminye to erè ti jan an. Detektè a anvlòp itilize sikwi a menm jan redresman a ekstrè siyal la anvlòp. Se filtè ki ba-pas la ki itilize pou elimine siyal bri ak rid sou ekipman pou pouvwa a. Finalman, siyal anvlòp la retabli nan yon siyal dijital nan pwodiksyon konparatè a nan konparatè isterèz la.
Figi 7 AM demodulateur dyagram schematic
2.4 Pouvwa-sou sikwi Reyajiste
Pouvwa-sou kous la Reyajiste gen de fonksyon prensipal la. Youn nan se lè transponder a antre nan zòn ki efikas nan entèrogatè a oswa lektè kat ak vòltaj la ekipman pou pouvwa te rive nan potansyèl la nòmal k ap travay, li pral jenere yon siyal Reyajiste pou chip la tout antye; dezyèm lan se lè vòltaj ekipman pou pouvwa a tonbe toudenkou. Lè kous la Reyajiste, li ka anpeche sikwi lojik la pa fonksyone byen. Figi 8 se yon dyagram kouran Reyajiste pouvwa-a, tan an retade pouvwa-sou kouran an se 10μs Lè tan an ap kontinye ogmante de zewo ak depase vòltaj la rale-up 2.4V, tib la P MP1 ak tib N MN1 yo vire sou premye, ki fè potansyèl yo nan pwen A ak B piti piti monte soti nan 0 ak ogmantasyon nan Yu, apre faz ranvèse vòltaj yo nan tranzistò yo MP2 ak MN2 tout chanje lineyè ak ogmantasyon nan VDD, se konsa nan kòmansman an, MN2 se vire sou yo ak sou MP2 se etenn, se konsa ke vòltaj la nan pwen C se toujou 0 (efikas Reyajiste) . Lè VDD rive nan yon potansyèl ki pi wo, potansyèl la nan pwen A tou leve nan yon sèten nivo an menm tan an, ki fè tib la MN2 koupe. Nan moman sa a, tib la MP2 vire sou ak potansyèl la nan pwen C leve rapidman. Apre plizyè nivo nan tanpon, yo jwenn yon esklav. Lojik 0 a 1 tranzisyon pwodiksyon siyal, se konsa ke kous la kòmanse travay nòmalman. Kaskad nan etap sa yo nan tanpon ak charj kapasitif se jwenn yon reta tan sou 10μs, se sa ki, lè VDD se pi wo pase 2.4V ak kenbe 10μs, siyal la Reyajiste konplete so a, konsa tankou reyalize operasyon an ki estab nan kous la. Rezilta yo simulation yo jan sa a yo montre nan Figi 9.
Figi 8 Power-on Reyajiste sikwi dyagram schematic
Figi 9 Pouvwa-sou Reyajiste rezilta simulation sikwi
2.5 lokal osilator ak sikwi jenerasyon revèy
Kontrèman ak 13.56MHz HF transponder, 915MHz UHF transponder a pa ka jwenn yon revèy lokal soti nan frekans konpayi asirans lan, men li ka sèlman bay yon revèy pou pati dijital sikwi lojik la nan yon bati-an ba-pouvwa osilator lokal yo. Frekans nan revèy ka aksepte yon erè nan ± 30%, ak presizyon nan frekans nan revèy se pa segondè, se konsa yon estrikti relativman senp osilateur ka itilize diminye konsomasyon pouvwa a nan chip la. Apre analiz, nou deside sèvi ak yon osilator bag ki konpoze de enpè-varyateur konplètman diferans, ki pa sèlman ka byen siprime chanjman nan vòltaj komen-mòd, men tou, ka jwenn bon karakteristik ekipman pou pouvwa repwesyon. Figi 10 se yon dyagram schematic nan osilator lokal la ak sikwi jenerasyon revèy. Apre tès simulation, konsidere kondisyon yo plen nan tanperati, vòltaj ekipman pou pouvwa ak chanjman ang pwosesis, frekans nan pwodiksyon nan kous la se sou 250kHz, ak erè varyasyon li yo asire ke presizyon nan pousantaj ti jan nan done yo se mwens pase 15% nan VDD. Pèfòmans lan pa gen okenn enpak, ak kondisyon konsepsyon sistèm yo pi byen satisfè. Figi 11 montre siyal revèy la ki jwenn nan simulation.
Figi 10 Schema dyagram nan osilator lokal yo ak sikwi jenerasyon revèy
Figi 11 Siyal revèy yo jwenn nan simulation
3 Rezilta tès ak analiz
Chip sikwi frekans radyo a adopte pwosesis 0.35μm 2P4M CMOS ki sipòte Schottky Dyòd ak EEPROM pou tapeout. Zòn nan chip sikwi debaz san yo pa I / O kousinen (PAD) se 300μm × 720μm. Eksepte pou de PAD yo itilize pou konekte avèk antèn ekstèn, PAD ki rete yo yo te itilize pou tès fonksyon chip. Figi 12 se dyagram onn ki jwenn apre chip sikwi frekans radyo a konekte ak antèn ekstèn lan epi lektè kat la teste pou kominikasyon. Tès la te pote soti lè l sèvi avèk lektè kat THM6BC1-915 UHF RFID nan Beijing Tsinghua Tongfang mikroelektronik co, Ltd ki satisfè estanda ISO / IEC 18000-6B. Figi 12 (a) se fòm onn VDD ki jwenn nan redresman ak sikwi regilatè vòltaj la apre li fin resevwa siyal frekans radyo transmèt pa lektè kat la. Valè an mwayèn se 3.3V, epi gen sèlman yon tranch rid pase 20mV, ki se byen satisfè Kondisyon yo endèks konsepsyon yo te satisfè. Figi 12 (b) montre siyal dijital la pa lektè kat la te jwenn nan demodulasyon chip sikwi RF la. Apre tès la, lè EIRP a se 4W (36dBm) ak genyen antèn lan se OdB, chip sikwi frekans radyo a ap travay nan 915MHz, distans lekti a pi gran pase 3m, ak kouran k ap travay la mwens pase 8μA.
Figi 12 Dyagram tès ond nan chip sikwi RF
4 Konklizyon
Papye sa a pwopoze yon pèfòmans-wo ak ba-pouvwa pasif UHF RFID transponder chip sikwi frekans radyo ki satisfè ISO / IEC 18000-6B estanda a. Kous la frekans radyo ap travay nan 915MHz e li pa gen okenn eleman ekstèn lòt pase antèn la. Li itilize dyod Schottky. Redresman an resevwa enèji nan frekans radyo elektwomayetik jaden an. Pwoteje 0.35μm 2P4M CMQS pwosesis ki sipòte Schottky diodes ak EEPROM yo itilize pou tapeout, ak zòn debaz li yo se 300μm × 720μm. Kous la frekans radyo RFID gen ladan plizyè modil prensipal tankou osilateur lokal yo, sikwi jenerasyon revèy, Reyajiste sikwi, matche rezo ak sikwi backscatter, redresman, regilatè vòltaj ak demodulateur AM. Tèks sa a desine ak optimize chak sikwi modil, desine sikwi frekans radyo ki ba akò avèk egzijans estanda a. Tès la te pote soti ak yon lektè kat THM6BC1-915Y2 UHF RFID ki konfòm ak estanda ISO / IEC 18000-6B. Rezilta tès yo montre ke distans lekti a pi gran pase 3m, ak rezilta a satisfè kondisyon endèks sistèm pasif UHF RFID transponder la.
lòt pwodwi nou an:
