Aşağı güc istehlakının radio tezliyi dövrü passiv ultra yüksək tezlikli radio tezliyi identifikasiyası transponder çipidir
Bu sənəd, ISO / IEC18000-6B standartına cavab verən yüksək performanslı aşağı güclü passiv ultra yüksək tezlikli (UHF) radio tezliyi identifikasiyası (RFID) transponder çip radio tezlik dövrəsini təklif edir. Radio tezliyi dövrəsinin antenadan başqa heç bir xarici komponenti yoxdur və radio tezlik frekansı elektromaqnit sahəsindən Schottky diod düzəldicisi vasitəsilə enerji alır.
Şəbəkə mühəndisi elektron meraklıları • Mənbə: Saytın işlənməsi • Müəllif: Anonim • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 0 dəfə oxundu
Aşağı güc istehlakının radio tezliyi dövrü passiv ultra yüksək tezlikli radio tezliyi identifikasiyası transponder çipidir
Bu sənəd, ISO / IEC18000-6B standartına cavab verən yüksək performanslı aşağı güclü passiv ultra yüksək tezlikli (UHF) radio tezliyi identifikasiyası (RFID) transponder çip radio tezlik dövrəsini təklif edir. Radio tezliyi dövrəsinin antenadan başqa heç bir xarici komponenti yoxdur və radio tezlik frekansı elektromaqnit sahəsindən Schottky diod düzəldicisi vasitəsilə enerji alır.
0 ön söz
Radio tezliyi identifikasiyası (RFID) 1990-cı illərdə ortaya çıxan avtomatik identifikasiya texnologiyasıdır. RFID texnologiyası barkod texnologiyasının malik olmadığı müxtəlif üstünlüklərə malikdir və geniş tətbiq sahəsinə malikdir. İkinci nəsil vətəndaş şəxsiyyət vəsiqələri, şəhər vəsiqələri, maliyyə əməliyyatları, təchizat zənciri rəhbərliyi, elektron nəşr haqları (ETC), giriş nəzarəti, hava limanı baqaj idarəçiliyi, ictimai nəqliyyat, konteyner identifikasiyası, heyvandarlıq idarəsi və s. RFID çiplərinin istehsal texnologiyasına yiyələnmək çox vacibdir. Hal-hazırda artan tətbiq tələbi RFID çipləri üçün daha yüksək tələblər irəli sürür, bu da daha böyük tutum, daha aşağı maliyyət, daha kiçik həcm və daha yüksək məlumat dərəcəsi tələb edir. Bu vəziyyətə görə, bu məqalə uzun məsafəli, aşağı güclü passiv UHF UHF RFID transponder çip radio tezlik dövrəsini təklif edir.
RFID-nin ümumi işçi tezliklərinə aşağı tezlikli 125kHz, 134.2kHz, yüksək tezlikli 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, mikrodalğalı 2.45GHz, 5.8GHz və s. Daxildir. Çünki aşağı tezlikli 125kHz, 134.2kHz, yüksək tezlikli 13.56MHz sistem bobinlərdən anten kimi istifadə edir və induktorlardan istifadə edir İş məsafəsi nisbətən qısadır, ümumiyyətlə 1.2 m-dən çox deyil və bant genişliyi Avropada və digər bölgələrdə bir neçə kiloherts ilə məhdudlaşır. Bununla birlikdə, UHF (860 ~ 93Uh1Hz) və mikrodalğalı (2.45GHz, 5.8GHz) daha uzun iş məsafəsi, daha yüksək məlumat dərəcəsi və daha kiçik anten ölçüsü təmin edə biləcəyi üçün RFID-in isti bir araşdırma sahəsinə çevrildi.
Bu sənəddə təklif olunan RF dövrə çipi, Schottky diodlarını və elektriklə silinən programlanabilir, yalnız oxunaqlı yaddaşı (EEPROM) dəstəkləyən Chartered 0.35μm 2P4M CM0S prosesi istifadə edərək lentə alınmışdır. Schottky diodları daha aşağı seriya müqavimətinə və irəli gərginliyə malikdir və alınan RF giriş siqnal enerjisini bir DC enerji mənbəyinə çevirərkən daha yüksək dönüşüm səmərəliliyi təmin edə və bununla da enerji istehlakını azaldır. Effektiv izotrop şüalanma gücü (EIRP) 4W (36dBm) və anten artımı 0dB olduqda, radio tezlik dövrə çipi 915MHz-də işləyir, oxu məsafəsi 3m-dən çoxdur və işləyən cərəyan 8μA-dan azdır.
1 RF dövrə quruluşu
Şəkil 1 əsasən radio frekans dövrələrini, məntiqi idarəetmə dövrələrini və EEPROM-u özündə cəmləşdirən UHF RF1D transponder çip sistemi diaqramıdır. Bunların arasında radio frekans dövrəsi hissəsi aşağıdakı əsas dövrə modullarına bölünə bilər: lokal osilator və saat əmələ gətirmə dövrəsi, işə salınma sıfırlama dövrəsi, gərginlik istinad mənbəyi, uyğun şəbəkə və tərs dövrə, düzəldici, voltaj tənzimləyicisi və amplituda modulyasiya (AM ) Antenodan başqa heç bir xarici komponent yoxdur və anten hissəsi bir dipol quruluşunu qəbul edir və bütün çip üçün yeganə enerji mənbəyi olaraq uyğun bir şəbəkə vasitəsilə düzəldicinin giriş empedansı ilə uyğunlaşdırılır. Ekvivalent model Şəkil 2-də göstərilmişdir. Dipol anteninin həqiqi hissəsi iki hissədən ibarətdir: Rra və Rloss, burada Rra, dipol anteninə xas olan dipol anteninin radiasiya empedansıdır, ümumiyyətlə 73Ω, antenin xaricə elektromaqnit dalğaları yayma qabiliyyətini təmsil edən; Rloss Antenin hazırlanmasında istifadə olunan metalın ohmik müqaviməti ümumiyyətlə yalnız istilik yaradır. Anten empedansının xəyali hissəsi ümumiyyətlə müsbətdir. Bunun səbəbi antenin ümumiyyətlə xaricə induktiv olmasıdır. Ekvivalent endüktansın böyüklüyü ümumiyyətlə antenanın və substrat materialının topoloji quruluşundan asılıdır. Düzəldici birləşdirilmiş RF giriş siqnal gücünü çipin tələb etdiyi DC gərginliyinə çevirir. Gərginlik tənzimləyicisi DC gərginliyini müəyyən bir səviyyədə sabitləşdirir və həddindən artıq gərginlik səbəbindən çipi qəzadan qorumaq üçün DC gərginliyinin amplitüdünü məhdudlaşdırır. AM demodulatoru, qəbul edilmiş daşıyıcı siqnalından müvafiq məlumat siqnalını çıxarmaq üçün istifadə olunur. Arxa dağıtma dövrü, radio tezliyi dövrəsinin empedansını dəyişdirmək üçün dəyişən bir kondansatör istifadə edir və bununla da transponder məlumatlarını RFID sorğusuna və ya kart oxuyucusuna göndərir. Açıq sıfırlama dövrəsi bütün çip üçün sıfırlama siqnalı yaratmaq üçün istifadə olunur. 13.56MHz yüksək tezlikli (HF) transponderdən fərqli olaraq, 915MHz UHF transponder daşıyıcı tezliyindən yerli bir saat əldə edə bilmir, ancaq quraşdırılmış az güclü lokal osilator vasitəsilə rəqəmsal məntiq dövrəsi hissəsi üçün bir saat təmin edə bilər. Bütün bu dövrə modulları aşağıda bir-bir ətraflı şəkildə izah ediləcəkdir.
Şəkil 1 UHF RF1D transponder çip sistemi diaqramı
2 Transponder anteninin ekvivalent elektrik modeli
2 Devre dizaynı və təhlili
2.1 Düzəldici və tənzimləyici dövrə
Bu yazıda, düzəldici dövrə olaraq Schottky diodlardan ibarət bir Dickson yükləmə pompası istifadə edilmişdir. Devrenin şematik diaqramı Şəkil 3-də göstərilmişdir. Bunun səbəbi, Schottky diodlarının daha az seriya müqavimətinə və qovşaq tutumuna sahib olması və qəbul edilmiş RF giriş siqnal enerjisini bir DC enerji mənbəyinə çevirərkən daha yüksək dönüşüm səmərəliliyi təmin edə bilməsi və bununla da enerji istehlakının azaldılmasıdır. Bütün Schottky diodları poli-poli kondansatörlər ilə bir-birinə bağlanır. Şaquli kondansatör Vin giriş voltajının mənfi yarım dövrəsində yüklənir və saxlanılır və üfüqi kondansatör Vinın müsbət yarım dövrəsində doldurulur və saxlanılır və bununla da DC Yüksək gərginlik yaranır, nəticədə yaranan gərginlik:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Vp, RF, giriş radio tezliyi siqnalının amplitüdüdür, Vf, D, Schottky diodunun irəli gərginliyidir və n istifadə olunan yükləmə pompası mərhələlərinin sayıdır.
Şəkil 4 Gərginlik tənzimləyicisinin dövrə diaqramı
2.2 Uyğun şəbəkə və tərs dövrə
13.56MHz HF transponderdən fərqli olaraq, UHF bandı RFID transponderində dipol anten istifadə olunur. Şəkil 5 transponderin və antenin bir SPICE (inteqrasiya olunmuş dövrə vurğusu olan simulaTIon proqramı) ekvivalent sxemidir. Bu ekvivalent SPICE dövrə modelində alınan RF daşıyıcı siqnalı Vs, antenin empedansı Zs = Rs + jXL-dir ki, bu da Vs gərginlik mənbəyinin daxili müqaviməti və transponder çipinin ekvivalent giriş empedansıdır. ZL = RL-jXL-dir. Buna görə ZL = Zs * olduqda, empedans uyğunlaşır və güc ötürülməsi maksimumdur. Empedansın uyğunluğu vəziyyətində, anten ilə transponder baxımından əldə edilən empedans Z = 2RL olmalıdır, buna görə qəbuledici güc Pre ilə gərginlik salınması VS arasında bir əlaqə əldə edirik:
Sonra çipin hər iki ucuna gərginlik salınması Vin girişi:
Empedans uyğunluğuna nail olmaq üçün dövrənin uyğun şəbəkədə empedans çevrilməsini də həyata keçirməsi lazımdır, beləliklə antenin daxili müqaviməti və radio tezliyi dövrə hissəsinin giriş empedansı konjugat uyğunluğu əldə edə bilər, buna görə L tipindən istifadə edirik. uyğun şəbəkə. Çiplə inteqrasiya edilmiş induktorların yüksək qiyməti və aşağı dəqiqlik səbəbi ilə uyğunlaşan kondansatörü çipə inteqrasiya etmək üçün antenin endüktansını uyğun bir induktor kimi istifadə edirik. Hesablamadan sonra radio tezlik dövrə giriş empedansı təxminən (105-j406) is-dir.
Şəkil 5 Transponder və antenin SPICE ekvivalent dövrə diaqramı
Şəkil 6 tərs dövrə sxeminin sxemidir. Arxa dağıtma dövrü, radio tezliyi dövrəsinin empedansını dəyişdirmək üçün dəyişən bir kondansatör istifadə edir və bununla da transponder məlumatlarını RFID sorğusuna və ya kart oxuyucusuna göndərir. Dəyişən kapasitans MOS varactor tərəfindən həyata keçirilir. Standart CMOS prosesində, MOS borusunun qapısından döşəməyə gərginliklə idarə olunan dəyişkən kapasitansdan istifadə edə bilərik və MOS varactor qapısını kondansatörün bir ucu və mənbə ucunu drenaj terminalı ilə bağlayın. kondansatörün digər ucu.
2.3 AM demodulator dövrü
AM demodulator dövrü, alınan modulyasiya edilmiş daşıyıcını baza zolaqlı işləmə üçün rəqəmsal bir siqnal halına gətirmək üçün istifadə olunur. Demodulyasiya dövrəsi zərf aşkarlama dövrəsindən, filtr dövrəsindən və müqayisədən ibarətdir (Şəkil 7-də göstərildiyi kimi). Müqayisələndirici bit səhv sürətini azaltmaq üçün Hysteresis müqayisəsindən istifadə edir. Zərf detektoru, zərf siqnalını çıxarmaq üçün düzəldici ilə eyni dövrü istifadə edir. Alçaq keçid filtri, enerji təchizatıdakı səs siqnallarını və dalğaları aradan qaldırmaq üçün istifadə olunur. Nəhayət, zərf siqnalı histerez müqayisəsi vasitəsi ilə müqayisənin çıxışında rəqəmsal bir siqnal olaraq bərpa olunur.
Şəkil 7 AM demodulator şematik diaqramı
2.4 Açma sıfırlama dövrəsi
Açıq sıfırlama dövrəsi iki əsas funksiyaya malikdir. Biri, transponder sorğu aparıcının və ya kart oxuyucunun təsirli sahəsinə daxil olduqda və enerji təchizatı gərginliyi normal iş potensialına çatdıqda, bütün çip üçün sıfırlama siqnalı yaradacaqdır; ikincisi, enerji təchizatı gərginliyi birdən düşəndə. Dövrə yenidən qurulduqda, məntiqi dövrənin arızalanmasının qarşısını ala bilər. Şəkil 8 gücün yenidən qurulması sxeminin sxemidir, dövrənin açılma sıfırlama gecikmə müddəti 10μs-dir. Zaman sıfırdan artmağa davam etdikdə və çəkmə gərginliyini 2.4V-dən çox olduqda, əvvəlcə P borusu MP1 və N borusu MN1 açılır, A və B nöqtələrinin potensialı Yu artımı ilə tədricən 0-dan yüksəlir, ters fazadan sonra MP2 və MN2 tranzistorlarının qapı gərginliyi VDD-nin yüksəlməsi ilə birlikdə xətti olaraq dəyişir, buna görə başlanğıcda MN2 açılır və MP2 söndürülür, beləliklə C nöqtəsindəki gərginlik həmişə 0 olur (effektiv sıfırlama) . VDD daha yüksək bir potensiala çatdıqda, A nöqtəsindəki potensial da eyni zamanda müəyyən bir səviyyəyə qalxaraq MN2 borusunu kəsir. Bu zaman MP2 borusu açılır və C nöqtəsindəki potensial sürətlə yüksəlir. Tamponların bir neçə səviyyəsindən sonra kölə əldə edilir. Məntiq 0-dan 1-ə keçid siqnalı çıxışıdır, beləliklə dövrə normal işləməyə başlayır. Tamponların və kapasitiv yüklərin aşağıdakı mərhələlərinin şəlaləsi təxminən 10μs bir gecikmə əldə etməkdir, yəni VDD 2.4V-dən yüksək olduqda və 10μs saxladıqda, sıfırlama siqnalı sıçrayışı tamamlayır, beləliklə sabit işləməsini həyata keçirir. dövrə. Simulyasiya nəticələri Şəkil 9-da göstərilmişdir.
Şəkil 8 Açma sıfırlama dövrəsinin şematik diaqramı
Şəkil 9 Açma sıfırlama dövrəsi simulyasiyasının nəticələri
2.5 Yerli osilator və saat istehsal dövrəsi
13.56MHz HF transponderdən fərqli olaraq, 915MHz UHF transponder daşıyıcı tezliyindən yerli bir saat əldə edə bilməz, ancaq yalnız quraşdırılmış az güclü lokal osilator vasitəsilə rəqəmsal məntiq dövrəsi hissəsi üçün bir saat təmin edə bilər. Saat tezliyi ± 30% bir səhv qəbul edə bilər və saat tezliyinin dəqiqliyi yüksək deyil, buna görə çipin enerji istehlakını azaltmaq üçün nisbətən sadə bir osilator quruluşundan istifadə edilə bilər. Təhlildən sonra tək tipli tam diferensial çeviricilərdən ibarət bir halqalı osilatordan istifadə etməyə qərar verdik, bu da ümumi rejim gərginliyinin dəyişməsini yaxşıca basa bilməyəcək, həm də yaxşı enerji təchizatı söndürmə xüsusiyyətləri əldə edə bilər. Şəkil 10 yerli osilator və saat istehsal dövrəsinin sxematik diaqramıdır. Simulyasiya sınağından sonra istilik, enerji təchizatı gərginliyi və proses bucağı dəyişmələrinin tam şərtlərini nəzərə alaraq dövrənin çıxış tezliyi təxminən 250kHz-dir və dəyişmə xətası məlumatın bit sürətinin dəqiqliyinin VDD-nin 15% -dən az olmasını təmin edir. Performansın heç bir təsiri yoxdur və sistem dizayn tələbləri daha yaxşı qarşılanır. Şəkil 11 simulyasiya ilə əldə edilən saat siqnalını göstərir.
Şəkil 10 Yerli osilator və saat istehsal dövrəsinin sxematik diaqramı
Şəkil 11 Simulyasiya yolu ilə əldə edilən saat siqnalı
3 Test nəticələri və təhlili
Radio frekanslı dövrə çipi, Schottky diodunu və tapma üçün EEPROM-u dəstəkləyən Chartered 0.35μm 2P4M CMOS prosesini qəbul edir. I / O yastıqları (PAD) olmayan əsas dövrə çipinin sahəsi 300μm × 720μm-dir. Xarici antenlərə qoşulmaq üçün istifadə olunan iki PAD xaricində, qalan PAD'lar çip funksiyası testləri üçün istifadə olunur. Şəkil 12, radio tezliyi dövrü çipinin xarici antenaya qoşulduqdan və kart oxuyucunun əlaqə üçün test edildikdən sonra əldə edilmiş dalğa şəkli diaqramıdır. Test, ISO / IEC 6-1B standartına cavab verən Pekin Tsinghua Tongfang Mikroelektronika A.Ş.-nin THM915BC18000-6 UHF RFID kart oxuyucusu istifadə edilərək həyata keçirilir. Şəkil 12 (a), kart oxuyucusu tərəfindən ötürülən radio tezlik siqnalını aldıqdan sonra düzəldici və gərginlik tənzimləyici dövrəsi tərəfindən əldə edilən VDD dalğa şəklidir. Orta dəyər 3.3V-dir və yalnız 20mV-dən az bir dalğalanma var, bu da yaxşı təmin edilmişdir Dizayn indeksi tələblərinə cavab verilir. Şəkil 12 (b), RF dövrə çipinin demodulyasiya yolu ilə əldə etdiyi kart oxuyucusu tərəfindən göndərilən rəqəmsal siqnalı göstərir. Sınaqdan sonra, EIRP 4W (36dBm) olduqda və anten artımı OdB olduqda, radio tezlik dövrə çipi 915MHz-də işləyir, oxu məsafəsi 3m-dən çoxdur və işləyən cərəyan 8μA-dan azdır.
Şəkil 12 RF dövrə çipinin dalğa formalı diaqramı
4 Nəticə
Bu sənəd, ISO / IEC 18000-6B standartına cavab verən yüksək performanslı və aşağı güclü passiv UHF RFID transponder çip radio tezliyi dövrəsini təklif edir. Radio tezliyi dövrü 915MHz-də işləyir və antenadan başqa heç bir xarici komponent yoxdur. Schottky diodlarından istifadə edir. Düzəldici radio tezliyi elektromaqnit sahəsindən enerji alır. Schottky diodları və EEPROM-u dəstəkləyən nizamnamə 0.35μm 2P4M CMQS prosesi tapeout üçün istifadə olunur və əsas sahəsi 300μm × 720μm-dir. RFID radio frekans dövrəsi lokal osilator, saat qurma dövrəsi, sıfırlama dövrəsi, uyğun şəbəkə və arxa dövrə dövrəsi, düzəldici, gərginlik tənzimləyicisi və AM demodulator kimi bir neçə əsas modulu əhatə edir. Bu mətn hər modul dövrəsini dizayn edir və optimallaşdırır, standart tələbə uyğun olaraq aşağı enerji istehlakı radio tezlik frekansını dizayn edir. Test, ISO / IEC 6-1B standartına uyğun bir THM915BC2-18000Y6 UHF RFID kart oxuyucusu ilə aparılmışdır. Test nəticələri oxu məsafəsinin 3 m-dən çox olduğunu göstərir və nəticə passiv UHF RFID transponder sisteminin indeks tələblərini ödəyir.
Bizim digər məhsul:
