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RFID(射频识别)技术是物联网的核心,对产业结构优化、产业与技术升级和自主创新能力提升具有极大的促进作用,是全球热门新科技和新的经济增长点,量大面广,正逐渐成为当前最具有变革力和核心价值的新技术之一。VLSI工艺技术的突飞猛进和RFID市场需求的急剧增长,对智能RFID标签芯片设计提出了严峻的挑战,成本、安全性(加密、认证)、功耗、识别率(防冲突算法)、识别速度是新一代智能RFID芯片设计面临的核心技术问题。
本文从智能RFID标签芯片的电源获取、调制解调、安全认证、防冲突几个方面研究智能RFID标签芯片理论与实现技术,提出了智能RFID芯片电源获取电路实现方法、调制解调电路实现方法、安全认证系统实现方法和智能二进制搜索算法,并给出了具体实现电路,已成功应用到智能RFID标签芯片设计中,通过0.18 um工艺MPW流片验证所提方法和技术的有效性。
本文的主要研究成果和创新点有:
首先提出了智能RFID标签芯片电源获取技术,探讨了限幅电路、整流电路、电源电路和高压电路和基准源电路的实现方法,提出了融合并联分流的限幅电路、改进的桥式整流电路、模拟电压源、瞬态增加的数字电压源、快速升压高压源电路及高精度低工作电压基准源电路;建立了数学仿真模型、功耗分析模型、性能评估模型,并从理论上证明实现方法的正确性和有效性;已应用到具体工程设计中,通过MPW流片验证实现方法和电路的有效性;较好的解决了RFID标签芯片模拟前端电源获取电路面积、功耗和稳定性设计问题。
提出了调制解调电路实现方法,并建立阅读器仿真模型,提出凹槽识别解决方法和实现电路,将凹槽表示的编码信息转化成标签芯片能够识别的二进制数据,解决了100%ASK调制过程出现的时钟中断问题、场强与负载调制深度问题。
探讨了RFID安全认证理论,提出低成本智能安全认证系统,由真随机数生成器和改进型对称加密算法结合实现,并给出了实现电路与测试结果。
最后研究了智能RFID标签芯片防冲突问题,提出了智能二进制搜索防冲突算法,给出了具体实现方法和仿真结果,智能二进制搜索防冲突算法总识别时间要比动态二进制树型搜索防冲突算法减少约50%,而且随着电子标签的数量的增加,智能二进制树型搜索防冲突算法使系统表现出更优越的交互性能,提高了RFID系统识别效率。提出了RFID系统映射建模仿真方法,实现对RFID整体系统的快速有效的前期评估验证,提高设计验证速度和缩短了验证时间。
以上研究成果为一般共性RFID理论与实现技术的研究提供一种新颖、高效的解决思路,进一步推动RFID理论与技术的创新发展。