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用于RFID信号到达角度（AOA）定位系统中的ADC设计

作　者: 王淼
导　师: 张世林
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: RFID 室内定位信号到达角度全差分增益提高运算放大器预放大动态比较器 AD转换器
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着标签芯片成本的不断降低和RFID系统技术的不断完善,RFID技术日益渗透到我们生活的方方面面,为我们带来了方便快捷和安全的生活方式。目前,RFID的主要应用方向之一为物品的标识以及室内物体的定位。在本文中,针对RFID系统在室内定位领域的应用,介绍了几种常用的室内定位方法。分析、研究了RFID定位方法之一信号到达角度(AOA)定位方法,对该定位方法做了较为具体的算法分析,阐述了如何利用相邻信号波程差计算到信号的达角度,进而在二维平面空间得出标签的坐标值。为了实现该定位方法,文中提出了一种可基于AOA方法的RFID定位系统,该系统包括一个天线组,阅读器,一组AD转换器,一个终端处理计算机。在该系统中AD转换器的性能直接影响到整个系统的定位性能,在本文中选取了10位80MHz流水线ADC作为此定位系统中的模拟数字信号转换器,对此ADC进行电路仿真,并完成部分电路的流片测试。在本文的电路仿真中,采用SMIC 0.18um RF CMOS工艺,完成了自举开关电路、全差分增益提高运算放大器、预放大动态比较器、两相不交叠时钟产生电路以及相关数字电路等模块的设计与仿真。其中自举开关电路显著缩短了开关的导通速度,减小了开关在断开时电容极板上的电荷注入;全差分增益提高运算放大器具有很高的直流增益,因此缩短了建立时间,提高了ADC的转换速度;采用预放大结构的动态比较器,大大提高了比较器的工作频率,明显消除了一般动态比较器的噪声,而且减小了比较器的失调电压,对ADC的精度提高有重要的作用。对两相不交叠时钟产生电路以及相关数字电路进行优化设计,使其和相关的模拟电路更加匹配,提高了ADC的性能。前端电路仿真完成以后,采用SMIC 0.18um RF CMOS工艺,六层金属互连线,对该流水线ADC的采样保持级电路进行了版图设计,对混合信号版图中模拟数字模块进行了优化布局,减小相互之间的信号串扰,提高电路芯片的可靠性,流片完成以后,利用Protel 99SE软件制作芯片测试用PCB板,在板上焊接与测试相关的电子元件,安排对芯片的实际性能的测试工作。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 RFID 技术概述  7
  1.2 RFID 系统的组成  7-9
    1.2.1 阅读器  8
    1.2.2 标签  8
    1.2.3 天线  8-9
    1.2.4 应用软件  9
  1.3 RFID 系统工作原理  9-11
  1.4 RFID 的应用  11-14
    1.4.1 RFID 应用系统及前景展望  11
    1.4.2 RFID 系统主要的应用领域  11-12
    1.4.3 RFID 与物联网  12-14
  1.5 论文结构  14-15
第二章 RFID 定位技术  15-26
  2.1 室内定位系统简介  15
  2.2 常用的几种室内定位技术  15-17
    2.2.1 超声波室内定位系统  15-16
    2.2.2 红外线室内定位系统  16
    2.2.3 室内GPS 定位系统  16-17
    2.2.4 蓝牙定位系统  17
    2.2.5 射频识别定位系统（RFID 定位技术）  17
  2.3 RFID 定位技术研究背景  17-20
    2.3.1 信号强度定位法  18-19
    2.3.2 信号到达时间定位法  19-20
  2.4 RFID 信号到达角度定位方法的研究及系统实现  20-26
    2.4.1 信号到达角度定位算法的研究  20-24
    2.4.2 基于AOA 方法的RFID 系统的设计思想  24-26
第三章模拟数字信号转换器概述  26-40
  3.1 模拟数字信号转换器(ADC)原理  26-27
  3.2 ADC 的主要特性参数  27-35
    3.2.1 ADC 的静态特性参数  28-32
    3.2.2 ADC 的动态特性参数  32-35
  3.3 几种常见的ADC 结构简介  35-40
    3.3.1 全并行ADC  35-37
    3.3.2 两步式AD 转换器  37-38
    3.3.3 流水线ADC (Pipelined ADC)  38-40
第四章流水线ADC 关键电路模块的设计  40-61
  4.1 可用于本文所述定位系统的ADC 设计指标  40
  4.2 流水线ADC 电路中关键模块  40-41
  4.3 两相不交叠时钟电路模块  41-42
  4.4 自举开关电路的设计  42-45
  4.5 增益提高放大器的设计  45-51
  4.6 高速比较器的设计  51-58
    4.6.1 比较器概述  51
    4.6.2 比较器的静态特性  51-53
    4.6.3 比较器的动态特性  53
    4.6.4 本文比较器的电路设计  53-58
  4.7 采样保持级电路的整体仿真  58-61
第五章采样保持电路的版图设计及芯片测试  61-70
  5.1 混合信号版图设计的注意事项  61
  5.2 ADC 采样保持级电路的版图设计原理  61-63
    5.2.1 版图的整体布局  62-63
    5.2.2 ADC 采样级电路的芯片布局  63
  5.3 采样保持级电路的版图  63-67
  5.4 芯片的测试工作安排  67-70
第六章总结及展望  70-71
参考文献  71-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

用于RFID信号到达角度（AOA）定位系统中的ADC设计

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