射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)是一種利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。近些年，射頻識(shí)別技術(shù)以快速增長(zhǎng)趨勢(shì)在供應(yīng)鏈、門(mén)禁、公交系統(tǒng)、行李跟蹤等領(lǐng)域應(yīng)用。不同的領(lǐng)域，對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)的要求也不一樣。隨著射頻識(shí)別技術(shù)的逐步應(yīng)用，對(duì)其更低成本和更長(zhǎng)識(shí)別距離的需求越來(lái)越迫切。射頻識(shí)別標(biāo)簽主要分為無(wú)源標(biāo)簽和有源標(biāo)簽兩種類型，無(wú)源標(biāo)簽的能量來(lái)自讀寫(xiě)器發(fā)射的射頻能量，有源標(biāo)簽的能量來(lái)自其

2、內(nèi)置電源。無(wú)源標(biāo)簽具有低成本、幾乎無(wú)使用壽命限制等優(yōu)點(diǎn)。本論文系統(tǒng)地論述了無(wú)源標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　 首先，分別論述了基于電感耦合和電磁波反向散射兩種不同工作原理的射頻識(shí)別系統(tǒng)的能量和數(shù)據(jù)傳輸數(shù)學(xué)模型，以支撐射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。
　　 其次，分別對(duì)無(wú)源射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片中的高轉(zhuǎn)換效率的射頻能量獲取、低功耗低成本嵌入式EEPROM、安全認(rèn)證等核心關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。射頻識(shí)別系統(tǒng)對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別距離與整流電路的

3、能量轉(zhuǎn)換效率成正比，本論文對(duì)MOS柵交叉連接整流器和電荷泵倍壓器兩種整流電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)的NMOS柵交叉連接整流電路的能量轉(zhuǎn)換效率為34.46[％]，并給出提高電荷泵倍壓器的能量轉(zhuǎn)換效率和標(biāo)簽天線上最大可用功率的利用率的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　 基于SMIC 0.35μm 2P3M嵌入式EEPROM工藝實(shí)現(xiàn)了一款2K-bit的EEPROM存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器能夠在寬電壓范圍工作：2.5V-5V，典型值3.3V。通過(guò)增加控制管的方法

4、改善了靜態(tài)功耗，采用緩變的傾斜時(shí)鐘的方法有效地降低了電荷泵升壓電路升壓時(shí)的瞬態(tài)功耗，所提出的基于電壓檢測(cè)方式的靈敏放大器大大降低了EEPROM的讀功耗。此外，對(duì)頁(yè)單元譯碼配置和電源分配電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效地降低了芯片的面積。典型情況下，讀電流僅為40μA，擦寫(xiě)峰值電流為250μA，靜態(tài)工作電流為20μA，其Core尺寸0.4mm2。
　　 利用單向散列(Hash)函數(shù)來(lái)構(gòu)建安全的消息認(rèn)證碼的方法，提出一種基于通用Hash函數(shù)的

5、輕量級(jí)RFID安全交互認(rèn)證協(xié)議，并采用多重Hash函數(shù)的Toeplitz方法產(chǎn)生64位認(rèn)證碼，給出兼容ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID安全協(xié)議指令，采用所提出的安全認(rèn)證協(xié)議后的標(biāo)簽芯片僅需增加1604個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元的成本和130 μW的功耗。
　　 在論文的最后實(shí)現(xiàn)了一款高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片，并提出了一種符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片的電感耦合系統(tǒng)驗(yàn)證模型。驗(yàn)證結(jié)果顯示：所設(shè)計(jì)的高頻標(biāo)簽芯片能夠工作在標(biāo)