面向物联网节点的NFC防伪传感标签芯片基带设计与验证

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近场通信(Near Field Communication,简称NFC)技术由非接触式射频识别(RFID)技术及互联互通技术整合演变而来,具有速度快、安全性好、抗干扰能力出色等特点。近年来NFC技术大量应用于包装盒技术,NFC技术的加入使得包装盒对用户更加友好,使得人机交互更加便捷,也促使智能包装逐渐应用于物联网领域。但目前实际应用中的NFC防伪措施存在易伪造、易转移等缺点,无法起到真正的防伪作用,更无法满足高品质的溯源需求。同时随着NFC技术应用领域的不断扩展,其在工业控制领域也逐渐崭露头角,NFC技术的应用有望解决传统无线传感器网络搭建复杂、管理困难和功耗较高的问题。针对NFC技术的特点以及现有应用场景的需求,本文提出了一种通过检测引脚通断来实现防篡改检测的防伪方案,该方案下标签芯片对引脚通断动作具有敏感性和记忆性,能够很好的弥补现有NFC技术在防伪方面的不足。同时本文将NFC标签与传感器相结合,实现了对温度和压力信息的采集量化,进一步推动了NFC技术在工业控制领域的广泛应用。本文以近场通信协议ISO/IEC 14443为基础进行标签芯片数字基带的设计,通过片上温度传感电路完成对温度信息的采集量化,通过片外压力传感器及片上电容传感电路完成对压力信息的采集量化,通过检测引脚通断来实现防篡改检测的防伪功能。经过对协议的分析解读结合防伪和传感的实现方案,本文提出了一种低功耗的数字基带实现方法,并对数字基带进行了功能模块划分,利用Verilog语言对数字基带各模块进行了代码编写,通过仿真验证了代码的功能正确性;利用FPGA开发板和商用NFC阅读器完成了对数字基带代码的板级验证,进一步确保了设计的正确性和可靠性。同时本文在TSMC 180nm工艺下使用TCL语言编写脚本,采用低功耗的综合策略,完成了对数字基带代码的逻辑综合,综合后得到数字基带的面积为36714.7μm2,功耗为21.1μW;使用Encounter等EDA工具完成了数字基带的物理实现工作。流片完成后,本文对芯片的通信功能、防伪检测功能、温度传感以及压力传感功能进行了测试,芯片可正确响应唤醒命令、防碰撞命令、UID锁定命令、激活命令以及读写命令,测试结果符合设计和系统要求。
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