無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽的低成本阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

1、    無(wú)源UHFRFID標(biāo)簽的低成本阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)        時(shí)間:2011年12月12日 21IC網(wǎng)    字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        圖2RFID標(biāo)簽等效電路圖L型匹配是實(shí)現(xiàn)射頻到直流高效率轉(zhuǎn)換時(shí)使用的一種阻抗匹配方法，通過(guò)串聯(lián)的電感和

2、芯片中的電容諧振的方法，達(dá)到匹配的目的。對(duì)于RFID標(biāo)簽芯片來(lái)說(shuō)，在很小的面積內(nèi)集成電感是不現(xiàn)實(shí)的。因此，通過(guò)下文的方法對(duì)芯片的輸入阻抗進(jìn)行修正，達(dá)到利用電感La進(jìn)行L型匹配的目的。兩個(gè)具有復(fù)數(shù)阻抗的器件直接相連的情況下，接口處復(fù)功率波反射系數(shù)定義為s，應(yīng)用于RFID標(biāo)簽可得：芯片在和天線阻抗共軛匹配(狀態(tài)0)和失配(狀態(tài)1)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入阻抗分別為Zc0和Zc1，通過(guò)阻抗修正，天線阻抗的虛部被加入芯片內(nèi)，修正后的天線阻抗只保留了實(shí)部Ra，如圖3所示。芯片的輸入電壓可由公式(3)計(jì)算：由于無(wú)源RFID芯片工作所需能量完全來(lái)自于空間電磁場(chǎng)，所以輸入電壓Vc具有足夠高的值是倍壓整流電路能夠開(kāi)啟并提供

3、正常工作電壓的關(guān)鍵，也是決定標(biāo)簽工作性能的重要參數(shù)。RFID標(biāo)簽的RCS(雷達(dá)散射截面)是芯片輸入阻抗的函數(shù)，由經(jīng)典的雷達(dá)方程可得RCS的值：其中K是波長(zhǎng)，G是標(biāo)簽天線增益，兩種芯片輸入阻抗?fàn)顟B(tài)下對(duì)應(yīng)的不同的RCS值可以讓讀寫(xiě)器從調(diào)制反射信號(hào)的幅度上分辨標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。矢量微分RCS更進(jìn)一步讓讀寫(xiě)器探測(cè)到調(diào)制反射信號(hào)的相對(duì)相位特性。以來(lái)標(biāo)注該矢量的模：開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)時(shí)，芯片處于狀態(tài)0。在圖5所示的從標(biāo)簽芯片輸入阻抗到天線的共軛阻抗的匹配路徑上，點(diǎn)1處阻抗為22-j106歐；并聯(lián)電容Ccm后與158等電阻圓交于點(diǎn)2，阻抗為15-j888；再串聯(lián)電感La到達(dá)點(diǎn)3，其阻抗為158，與修正過(guò)后的天線阻抗

4、Ra共軛匹配。經(jīng)計(jì)算可以得到Ccm=340fF。天線和芯片接口處沒(méi)有復(fù)功率波反射，芯片和天線的共軛匹配使天線將從空中接收到的射頻能量的一半傳遞給芯片，達(dá)到功率傳輸?shù)淖畲蠡?。開(kāi)關(guān)K1閉合時(shí)，芯片處于狀態(tài)1。圖6所示為標(biāo)簽芯片輸入阻抗變化的路徑。3測(cè)試結(jié)果所設(shè)計(jì)的RFID標(biāo)簽芯片基于chartered0135Lm2P4M、低閾值CMOS工藝流片，芯片尺寸1026Lm×1796Lm，圖8為芯片的顯微照片。實(shí)際使用過(guò)程中，芯片僅有兩個(gè)引腳與天線相連，圖中所顯示的其余引腳均為測(cè)試所用，連接對(duì)應(yīng)的模擬或數(shù)字信號(hào)。倍壓電路的輸出電平是決定RFID芯片工作性能的重要指標(biāo)，采用本阻抗匹配電路的芯片在輸

5、入交流電平僅為300mV時(shí)，輸出直流電平可達(dá)1147V，完全滿(mǎn)足芯片正常工作所需電平要求。1800026C中規(guī)定的RFID工作頻帶為860960MHz，與我國(guó)的規(guī)定11在920925MHz頻段相重合，因此所設(shè)計(jì)的RFID標(biāo)簽工作在923MHz頻帶。使用Impinj公司的speedway讀寫(xiě)器，設(shè)置發(fā)送功率為2WERP，標(biāo)簽天線增益115dBi，在自由空間中進(jìn)行測(cè)試。使用安捷倫1682A邏輯分析儀測(cè)試信號(hào)波形如圖9，圖中“clk-240k”為系統(tǒng)工作時(shí)鐘，頻率為240kHz；“din-dump”為解調(diào)輸出信號(hào)；“d-out”為調(diào)制輸出信號(hào)。測(cè)試表明，采用該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)簽在和讀寫(xiě)器通信的過(guò)程中，誤碼率低于10-4，標(biāo)簽的一次識(shí)別更為準(zhǔn)確。4結(jié)論提出了一種符合ISO1800026C標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)源RFID標(biāo)簽的低成本的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在讀寫(xiě)器、標(biāo)簽天線和芯片之間實(shí)現(xiàn)了功率傳輸?shù)淖畲蠡?。采用該阻抗匹配方法的?biāo)簽芯片已通過(guò)chartered0135LmCMOS工藝流片驗(yàn)