非接触式IC卡模拟前端电路的设计

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自国家金卡办率先启动物联网RFID应用试点与示范工程以来,中国RFID产业发展迅速,市场到达一定的规模。文章所设计的模拟电路即为RFID提供模拟前端电路解决方案,此设计符合ISO/IECl4443-2 Type A协议标准,并在SMIC0.18μm eflash工艺下成功流片验证。  依据自上而下的设计原则,本文从设计标准的选取、系统架构的分析逐步具体深入到电路细节的设计,最终完成电路原理图、版图设计及流片验证。文章首先对RFID市场现状及未来发展进行调查分析,并研究ISO/IEC14443协议,从而选取合适的设计标准;然后根据协议标准提出系统架构及设计指标,并明确实现系统功能所需要的模拟电路模块,给出各子模块的设计指标;进行各子模块电路原理图的设计仿真,并完成版图设计,在保证各子模块电路都达到设计要求并留有一定裕度之后,搭建整个系统的仿真电路,经过工艺和温度的仿真验证后,作总体的电路版图集成。最后,芯片在代工厂流片之后,对芯片进行封装测试,给出相应的测试结果。  文章重点分析了电子标签工作在非接触式模式下的各子模块电路,从模拟前端需要实现的功能出发,包括以下五个部分:电子标签的天线接口及仿真模型、电源产生模块、调制解调模块、时钟恢复电路以及电源检测电路。文章分析了不同电路的优缺点,并提出相应的改进方案。  论文的创新之处在于:(1)优化电源产生模块,改进原有的稳压电路结构,大大提高了不同负载下电源电压的稳定性,并且在负载快速切换时电源抖动降低为原来的10%。(2)设计一种新的解调电路,以使芯片在协议规定的场强范围内均能正常工作。(3)提出一种新的检测能量间隙(Pause)的机制,降低了解调的风险,减小了子模块功耗,同时为大大降低系统功耗提供了可能性,可降低为原来的20%。  论文的研究成果对于低功耗系统的设计,尤其是RFID系统能量接口及数据接口的设计有一定的参考价值。
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