无源超高频RFID 时钟不敏感基带设计与实现.docxVIP

2010 年 11 月西安邮电学院学报N ov. 2010第 15 卷第 6 期JO U RN AL O F XI A N U NI VERSIT Y O F P OST S A N D T EL ECO M M U N ICA T IO NSVo l 15 No 6无源超高频 RFID时钟不敏感基带设计与实现11, 2( 1. 陕西省物联网实验研究中心, 陕西西安710071;2. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 陕西西安710071)摘要: 为提高无源超高频 R FID 电子标签的性能, 针对通信过程中标签解码对时钟精度要求严格以及反向散射编码需实现多通信速率的特点, 提出一种对时钟精度相对不敏感的基带设计方法。通过区间分段的分频控制方法实现多通信速率的控制, 采用相对比值解码的方法解决对基带时钟精度要求严格的问题。该设计实现了通信速率从40K H z 到 640K H z 的动态覆盖, 满足 ISO / IEC18000 6C 协议中对反向链路频率的规定, 同时整个基带对系统时钟的偏差不敏感, 可以工作在一个动态系统时钟下 , 为进一步降低系统时钟进而降低功耗奠定了基础。该设计最终采用 T SM C 180nm CM OS 工艺实现流片, 测试结果与设计结果相吻合, 具有良好的性能。关键词: 超高频; 射频识别; 时钟; 多通信速率; 基带中图分类号: T N202文献标识码: A文章编号: 1007 3264( 2010) 06 0108 050引言1与时钟要求分析无源超高频射频识别( U H F RFID) 技术以其远距离、高速度和低成本的优势, 已经成为 RFID 技术的研究热点, 随着集成电路技术的不断发展, 芯片面积的不断减小, 芯片成本的不断降低, 其必将成为信息社会建设的一项基础技术。按照 ISO/ IEC18000 6C 协议要求, 标签反向链接频率 BLF( Backscatter Link Frequency) 由读写器[ 1]通常由环形振荡器电路[ 2 3]构成, 受能量稳定性、工1. 1解码对时钟的要求基带接收来自射频前端解调恢复出来的 PIE格式命令, 从中解码出命令参数。PIE 数据格式如图 1 所示。除定界符外, 所有的命令参数均以上升沿开始, 下一个上升沿结束, 同时也是另一个参数的开始, 命令参数的时间长度携带着命令参数信息。基带通过系统时钟对命令相关参数段进行计数, 并对计数值进行判断恢复出数据。表 1 为解码过程中需要获得的命令参数以及参数功能描述。艺偏差、电路复杂度、功耗等的影响, 其频率以及精表 1命令参数确度都受到限制[ 4]。这就给基带的 PIE 码字解析参数描述以及时钟分频得到正常数据返回率带来很大障碍。尽管关于 U H F RFID 标签芯片设计已有不少文章,但是, 针对数据返回时钟生成的文章却鲜有见之, 但这一技术对于芯片的协议一致性要求来说至关重要。针对 U H F RFID 的通信要求以及实现特点, 本文提出一种基于区间的分频控制方法以及相对比值定界符DATA0( T ari)DATA1RTcalT Rcal固定长度: 12. 5 s + /- 5%长度可变: 6. 25u s~ 25us长度可变: [ 1. 5* T ari, 2* T ari]长度可变: 数据 0 + 数据 1 的时间长度,[ 2. 5* T ari, 3* T ari]长度可变: [ 1. 1RT cal, 3* RTcal]解码方法, 有效的实现了大范围通信速率要求, 消除了片上系统时钟偏差对基带的影响。通常的解码方法采用系统时钟做采样时钟对命令参数进行计数。如图 2 所示, 解码过程中系统时收稿日期: 2010 10 12作者简介: 张小平( 1964 ) , 男 , 陕西三原人, 陕西省物联网实验研究中心副教授;刘伟峰( 1979 ) , 男 , 山东莱州人, 陕西省物联网实验研究中心讲师。张小平 , 刘伟峰通过发送命令进行选择。而射频前端的时钟电路第 6 期张小平, 等: 无源超高频 R FID 时钟不敏感基带设计与实现? 109 ?钟对命令参数的计数值与预设的常数值进行比较[ 5] , 得出命令参数, 同时要获得 RTcal 的计数值用于标签的响应时间控制, 获得 TRcal 的计数值用于计算标签的反向链接速率 BLF。Tari 参数的时间长度为 6. 25us~ 25us, 要正确的获得 RTcal、T Rcal、DAT A0、DATA1 就必须要有合适的解码时钟频率, 因此可以得出以下结论: 解码的精度由系统时钟频率决定, 频率越高, 解码精度越高, 参数的实际时间值量化得越准确。已有理论分析可知, 采用常读写器发出的命令参数确定, 标签在对读写