射频识别技术是世纪之交兴起的一项新的短距离非接触式信息传递技术,也是继条形码普及30年后的又一项非接触识别技术的时代交替。特别是近年来物联网技术发展和进步,使得位于该技术基石节点的射频识别技术更加快速地发展。无源超高频标签作为射频识别标签中最灵活,成本最低并且维护最容易的一种,应用越来越广泛。无源标签在工作时通过对电磁波的能量吸收和转换来为芯片供电,因此标签本身不需要电池,这样的工作方式也为无源标签带来了体积小,成本低以及易于移植的优点。同时,传感器模块、安全算法以及生物工程的引入,让无源超高频标签的应用更加广泛。本文首先通过对超高频射频识别技术的理论背景和信号传输链路进行了调研和研究,从物理层面上解释了射频识别标签工作的通信环境。基于超高频无源标签的工作环境,本文随后讨论了无源标签射频系统的重要影响因素以及全局变量对芯片优化设计提出的难点和重点,包括成本、物理尺寸、天线端匹配、芯片能量转换效率、产品或测试封装因素以及协议要求等。根据上述系统分析得到的设计建议,本文接着对超高频无源标签芯片的射频前端的三项关键技术进行了深入分析,包括高效整流器理论分析和设计、全功率段稳定通信以及射频参数的优化设计。文中针对高效能量转换模块(整流电路)和低功耗信号提取电路(解调电路)的超低功耗优化进行了深入的分析。首次解决了全差分整流电路的理论建模和设计指导,提出了基于灵敏度优化的整流电路设计指导,并且实现了基于全差分整流电路的射频前端电路的低功耗优化。此外,在大功率范围内的标签稳定通信优化和射频参数优化上,本文也提出了分析方法和解决手段。最后,结合上述理论模型和电路系统优化,本文在SMIC0.18μm EEPROM CMOS工艺下实现了一款具有高效率低功耗射频前端的高灵敏度无源超高频标签芯片。芯片射频前端整流效率峰值为43%@-17dBm,芯片实测读灵敏度达到-14.5dBm。射频前端的各项性能参数符合指标的要求以及EPC C1G2协议的要求。此外,本文还在SMIC0.13μm RRAM CMOS工艺下验证了高效射频前端对安全基带和电阻型新型存储器兼容性。