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低功耗低成本无源射频识别标签芯片的研究与设计

作　者: 闫娜
导　师: 闵昊
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 超高频 射频识别 电子标签 标签芯片 低功耗 低成本 亚阈值 标准CMOS工艺 EEPROM 电荷泵
分类号: TN409
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 1202次
引　用: 20次
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内容摘要


射频识别技术(RFID：Radio Frequency Identification)是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，并藉此信息来达到识别目的的技术。目前，RFID技术正在以其独特的优势逐渐应用于世界各个角落，这也给RFID技术的研究和开发提出了更高的要求。本论文针对射频识别标签的应用需求，在低功耗、低成本方面开展了大量的研究。本文首先系统的阐述了超高频射频识别系统的物理基础及工作链路，对超高频射频识别标签的性能指标进行了详细的分析，并针对各性能指标的改进提出了相应的解决方法。其次，针对射频识别标签芯片的低功耗要求，本文提出了将亚阈值技术应用于射频识别标签芯片的设计思想，并详细阐述了工作在亚阈值区的电路所存在的问题及其解决方法，从而初步建立了一套简化的亚阈值标准单元库，用以设计和实现超低功耗的亚阈值标签芯片。针对射频识别标签的低成本要求，本文在标准CMOS工艺上设计并实现了单端／差分结构的EEPROM单元。在综合考虑面积、工艺等因素的情况下，采用标准CMOS工艺设计的EEPROM存储器单元的标签芯片比采用传统EE单元的标签芯片降低约19％的制造成本。与此同时，本文还提出了一种改进的全PMOS型DC-DC的电荷泵电路结构，大大提高了电荷泵的转换效率。最后，根据EPC C1G2超高频射频识别标签的性能指标要求，设计并实现了低功耗亚阈值标签芯片。测试结果表明，采用亚阈值技术设计的数字电路可降低约50％～70％的功耗。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章 前言  7-14
  1.1 研究背景  7-9
  1.2 研究现状  9-11
  1.3 论文的主要工作和贡献  11-12
  1.4 论文组织结构  12-13
  1.5 参考文献  13-14
第二章 射频识别系统的物理基础  14-32
  2.1 超高频射频识别系统的物理基础  14-20
    2.1.1 天线  14-15
    2.1.2 电磁场理论  15-17
    2.1.3 超高频射频识别系统的能量传输  17-19
    2.1.4 超高频射频识别系统的信号传输  19-20
  2.2 超高频射频识别系统的数据编码和调制方式  20-23
  2.3 超高频射频识别系统的抗冲突算法  23-25
  2.4 超高频射频识别系统的安全  25-26
  2.5 频率分配与现有标准分析  26-29
  2.6 小结  29-30
  2.7 参考文献  30-32
第三章 超高频射频识别标签系统及性能优化分析  32-51
  3.1 超高频射频识别标签系统架构分析  32-43
    3.1.1 标签天线  33-34
    3.1.2 阻抗匹配网络  34-37
    3.1.3 射频前端  37-40
    3.1.4 模拟前端  40-42
    3.1.5 数字基带处理器  42-43
    3.1.6 EEPROM存储器  43
  3.2 评估超高频射频识别标签的性能指标  43-48
    3.2.1 阅读距离  43-45
    3.2.2 识别速率  45-47
    3.2.3 识别率  47-48
  3.3 小结  48-49
  3.4 参考文献  49-51
第四章 应用于超高频标签芯片的亚阈值技术研究  51-71
  4.1 CMOS集成电路功耗简介  51-54
  4.2 亚阈值电路工作机理  54-58
    4.2.1 晶体管的亚阈值工作区  54-56
    4.2.2 亚阈值电路性能分析  56-58
  4.3 亚阈值标准单元库的设计  58-65
    4.3.1 标准单元库的分析  58-60
    4.3.2 基于工艺的亚阈值单元分析  60-61
    4.3.3 亚阈值漏电的影响  61-63
    4.3.4 D触发器电路设计实例  63-65
  4.4 亚阈值标准单元库简介  65-68
  4.5 小结  68-69
  4.6 参考文献  69-71
第五章 标准 CMOS工艺超低功耗 EEPROM研究  71-94
  5.1 EEPROM单元简介  71-79
    5.1.1 非挥发性存储器单元工作机理  71-73
    5.1.2 传统 EEPROM单元简介  73-75
    5.1.3 标准 CMOS工艺 EEPROM单元设计  75-79
  5.2 EEPROM架构设计  79-80
  5.3 EEPROM电路关键模块设计  80-92
    5.3.1 传统电荷泵  80-82
    5.3.2 新型全 PMOS电荷泵  82-89
    5.3.3 敏感放大器设计  89-91
    5.3.4 其他外围电路设计  91-92
  5.4 小结  92
  5.5 参考文献  92-94
第六章 低功耗超高频标签芯片的设计与测试  94-111
  6.1 低功耗亚阈值标签芯片的设计与测试  94-106
    6.1.1 射频/模拟前端电路设计  96-102
    6.1.2 数字基带电路设计  102-103
    6.1.3 版图及测试结果  103-106
  6.2 2-K bits低功耗 EEPROM的设计与测试  106-109
    6.2.1 EEPROM电路设计  106-107
    6.2.2 版图及测试结果  107-109
  6.3 小结  109-110
  6.4 参考文献  110-111
第七章 总结与展望  111-113
  7.1 总结  111-112
  7.2 展望  112-113
附录 I Library Compiler的使用  113-121
  I.1 Library Compiler的简介  113-114
  I.2 工艺库建库步骤  114
  I.3 ApolloII标准单元库  114-117
  I.4 延时模型和延时计算  117-121
附录II EEPROM时序  121-123
致谢  123-124

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 应用
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