無源UHFRFID標簽的低成本阻抗匹配網(wǎng)絡設計

1、    無源UHFRFID標簽的低成本阻抗匹配網(wǎng)絡設計        時間:2011年12月12日 21IC網(wǎng)    字 體: 大 中 小        關鍵詞:        圖2RFID標簽等效電路圖L型匹配是實現(xiàn)射頻到直流高效率轉換時使用的一種阻抗匹配方法，通過串聯(lián)的電感和

2、芯片中的電容諧振的方法，達到匹配的目的。對于RFID標簽芯片來說，在很小的面積內(nèi)集成電感是不現(xiàn)實的。因此，通過下文的方法對芯片的輸入阻抗進行修正，達到利用電感La進行L型匹配的目的。兩個具有復數(shù)阻抗的器件直接相連的情況下，接口處復功率波反射系數(shù)定義為s，應用于RFID標簽可得：芯片在和天線阻抗共軛匹配(狀態(tài)0)和失配(狀態(tài)1)時對應的輸入阻抗分別為Zc0和Zc1，通過阻抗修正，天線阻抗的虛部被加入芯片內(nèi)，修正后的天線阻抗只保留了實部Ra，如圖3所示。芯片的輸入電壓可由公式(3)計算：由于無源RFID芯片工作所需能量完全來自于空間電磁場，所以輸入電壓Vc具有足夠高的值是倍壓整流電路能夠開啟并提供

3、正常工作電壓的關鍵，也是決定標簽工作性能的重要參數(shù)。RFID標簽的RCS(雷達散射截面)是芯片輸入阻抗的函數(shù)，由經(jīng)典的雷達方程可得RCS的值：其中K是波長，G是標簽天線增益，兩種芯片輸入阻抗狀態(tài)下對應的不同的RCS值可以讓讀寫器從調(diào)制反射信號的幅度上分辨標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。矢量微分RCS更進一步讓讀寫器探測到調(diào)制反射信號的相對相位特性。以來標注該矢量的模：開關K1斷開時，芯片處于狀態(tài)0。在圖5所示的從標簽芯片輸入阻抗到天線的共軛阻抗的匹配路徑上，點1處阻抗為22-j106歐；并聯(lián)電容Ccm后與158等電阻圓交于點2，阻抗為15-j888；再串聯(lián)電感La到達點3，其阻抗為158，與修正過后的天線阻抗

4、Ra共軛匹配。經(jīng)計算可以得到Ccm=340fF。天線和芯片接口處沒有復功率波反射，芯片和天線的共軛匹配使天線將從空中接收到的射頻能量的一半傳遞給芯片，達到功率傳輸?shù)淖畲蠡?。開關K1閉合時，芯片處于狀態(tài)1。圖6所示為標簽芯片輸入阻抗變化的路徑。3測試結果所設計的RFID標簽芯片基于chartered0135Lm2P4M、低閾值CMOS工藝流片，芯片尺寸1026Lm×1796Lm，圖8為芯片的顯微照片。實際使用過程中，芯片僅有兩個引腳與天線相連，圖中所顯示的其余引腳均為測試所用，連接對應的模擬或數(shù)字信號。倍壓電路的輸出電平是決定RFID芯片工作性能的重要指標，采用本阻抗匹配電路的芯片在輸

5、入交流電平僅為300mV時，輸出直流電平可達1147V，完全滿足芯片正常工作所需電平要求。1800026C中規(guī)定的RFID工作頻帶為860960MHz，與我國的規(guī)定11在920925MHz頻段相重合，因此所設計的RFID標簽工作在923MHz頻帶。使用Impinj公司的speedway讀寫器，設置發(fā)送功率為2WERP，標簽天線增益115dBi，在自由空間中進行測試。使用安捷倫1682A邏輯分析儀測試信號波形如圖9，圖中“clk-240k”為系統(tǒng)工作時鐘，頻率為240kHz；“din-dump”為解調(diào)輸出信號；“d-out”為調(diào)制輸出信號。測試表明，采用該阻抗匹配網(wǎng)絡的標簽在和讀寫器通信的過程中，誤碼率低于10-4，標簽的一次識別更為準確。4結論提出了一種符合ISO1800026C標準的無源RFID標簽的低成本的阻抗匹配網(wǎng)絡。電路結構簡單，在讀寫器、標簽天線和芯片之間實現(xiàn)了功率傳輸?shù)淖畲蠡?。采用該阻抗匹配方法的標簽芯片已通過chartered0135LmCMOS工藝流片驗