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单芯片超高频射频识别读写器数字系统研究与实现

作　者: 魏鹏
导　师: 闵昊
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 射频识别 片上系统 单芯片读写器 数字接收机 时钟同步
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 122次
引　用: 2次
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内容摘要


超高频射频识别(UHF RFID)技术因其自动化、远距离、大容量等特点,近年来得到学术界和工业界的广泛关注。其中单芯片UHF RFID读写器以其高集成度、低成本和易配置等特性逐渐成为市场热点,有逐步淘汰分立器件读写器的趋势,具有广阔的应用前景。本文基于ISO18000-6C协议,通过对RFID读写器系统的研究,提出了适用于单芯片读写器的片上系统(SoC)架构,对影响读写器识别性能的关键模块——数字接收机进行了重点研究,同时对系统中其它组成模块,如协议处理器、数字发射机等分别进行了讨论与分析,最终完成了读写器SoC数字系统的设计实现,成为读写器SoC的重要组成部分。单芯片读写器要求将组成读写器系统的多个模块有机的整合在一块芯片上完成数据通信、协议处理、信号处理、信息反馈等多种功能。本文提出的基于嵌入式处理器和专用协议处理器结合的片上系统方案,有效解决了传统方案中因时序要求严格对嵌入式处理器要求高的问题,实现了结构简单、配置方便、易于扩展的全集成单芯片读写器。单芯片读写器实现的另一大难点是如何在有限的资源消耗下完成高性能接收。本文针对射频识别系统中接收机输入信号的特点,对读写器接收机时钟同步器进行了研究与改进,采用优化结构的数字锁相环替代了传统的多路相关器,在更低的资源消耗下实现了接收性能的提升,并对接收信号的速率偏差具有更好的适应性。文中的单芯片读写器数字系统通过了功能仿真与FPGA平台验证,功能达到预期目标。读写器芯片由数字系统,模拟射频前端和信号转换模块组成,在SMIC0.13μm工艺上实现,其中数字系统部分版图大小为2.5mm*1.2mm,提取版图寄生参数后的仿真结果满足设计要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
第1章 引言  6-11
  1.1 研究背景  6-7
  1.2 单芯片读写器研究进展  7-9
  1.3 论文主要工作及组织结构  9-11
第2章 系统分析  11-24
  2.1 RFID系统协议分析  11-19
    2.1.1 通信特点  11-12
    2.1.2 接收链路  12-16
    2.1.3 发射链路  16-18
    2.1.4 时序要求  18-19
  2.2 单芯片读写器设计需求  19-24
    2.2.1 设计目标  19-20
    2.2.2 系统功能描述  20-22
    2.2.3 系统设计指标  22-24
第3章 系统架构设计  24-32
  3.1 系统框图  24-25
  3.2 总线结构  25-27
    3.2.1 处理器介绍  25-26
    3.2.2 总线描述  26-27
  3.3 系统工作方式  27-29
    3.3.1 软硬件划分  27-28
    3.3.2 启动流程  28-29
    3.3.3 响应机制  29
  3.4 协议处理器设计  29-32
    3.4.1 功能描述  29-30
    3.4.2 实现方式  30-32
第4章 数字收发机研究与设计  32-73
  4.1 接收机系统分析  32-33
  4.2 接收机系统架构  33-34
  4.3 降采样器  34-38
    4.3.1 模块分析  34-36
    4.3.2 模块设计  36-38
  4.4 自动增益控制  38-44
    4.4.1 模块功能  38
    4.4.2 模块分析  38-42
    4.4.3 模块设计  42-44
  4.5 时钟同步  44-63
    4.5.1 模块功能  44
    4.5.2 相关研究进展  44-47
    4.5.3 环路分析  47-54
    4.5.4 模块实现  54-60
    4.5.5 改进手段  60-62
    4.5.6 同步流程  62-63
  4.6 帧同步  63-64
  4.7 解码器  64-65
  4.8 接收机仿真与综合结果  65-68
    4.8.1 系统仿真  65-66
    4.8.2 硬件仿真  66-67
    4.8.3 综合结果  67-68
  4.9 接收机比较  68-69
  4.10 发射机系统分析  69-70
  4.11 发射机系统架构  70-71
  4.12 发射机仿真与综合结果  71-73
第5章 系统验证与芯片实现  73-80
  5.1 功能仿真  73-74
  5.2 FPGA验证  74-77
    5.2.1 验证平台  74-75
    5.2.2 测试结果  75-77
  5.3 芯片实现  77-78
  5.4 后仿结果  78-80
第6章 总结与展望  80-82
参考文献  82-87
致谢  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 光模式识别及其装置
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