关于超高频无源RFID标签电路的设计

qian211111 · 发表于 2022-4-21 09:20

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近年来，随着RFID技术的普及，超高频无源RFID标签广泛应用于资产管理、仓储管理、产线管理、物流管理、档案管理、供应链管理、零售管理及车辆管理等行业。今天我们就来探讨下关于超高频无源RFID标签电路的设计的那些研究。

超高频无源RFID标签电路主要包括以下几个模块：整流电路模块、基准电压源模块、基准电流源模块和稳压电路模块。针对目前超高频无源标签的研究主要集中在低功耗(远距离)、高安全性(引入加密算法)、低成本(面积小)等方面。优良的设计电路可以大大降低功耗损耗，也就是可以实现很低的标签灵敏度。典型的超高频无源RFID标签中，决定标签灵敏度的两个方面主要是射频前端整流电路能量转换效率和标签电路正常工作时的功耗。

针对低功耗低成本的电路设计需求，采用压阀值技术实现基准电流源和基准电压源的电路设计。稳压电路采用传统的LDO结构，在满足系统需求的前提下实现了低功耗设计要求。由于当标签芯片工作在近距离时，标签天线接收到的能量很大，给出了过压保护电路设计方案，避免了近距离工作时后级电路被击穿。

超高频无源RFID标签的系统框架如下图，RFID读写器发射的电磁波由偶极子天线接收，并转为电信号。因为天线接收的信号幅值较小，只有一百到几百毫伏，所以该信号不能被直接用来驱动后级电路，必须要经过整流电路将电压整流、倍压，放大到合适的值。

超高频无源RFID标签的能量完全来自于天线，所以能量变化范围很大。为了防止能量较大时造成标签损坏，在整流电路之后加入了限压电路。在能量较为薄弱时，限压电路关闭;当能量较大时，限压电路开启，释放掉多余的能量，以此达到稳压的目的。

标签芯片按照工作原理，被划分为：标签与匹配电路、射频前端、模拟前端及数字基带与存储器四大部分。在RFID标签芯片中，需要有一个较大电容值的储能电容存储足够的电荷以供标签在接收调制信号时，仍可在输入能量较小的时刻(例如 OOK调制中无载波发出的时刻)，维持芯片的电源电压。

超高频无源RFID标签一般采用反向散射的调制方法，即通过改变芯片输入阻抗来改变芯片与天线间的反射系数，从而达到调制的目的。一般设计天线阻抗与芯片输入阻抗使其在未调制时接近功率匹配，而在调制时，使其反射系数增加。常用的反向散射方法是在天线的两个输入端间并联一个接有开关的电容，调制信号通过控制开关的开启，决定了电容是否接入芯片输入端，从而改变了芯片的输入阻抗。

一种低功耗的稳压电路，可以提供0.95V的输出电压，消耗500nA的电流。在解调电路中，采用一种新的峰值检测电路，能够在天线信号幅度变化时保证解调正常进行。