一种低功耗UHF RFID标签数字基带处理器设计

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射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是读写器通过无线电非接触性地完成目标识别,并进行数据交互的一项技术。目前,该技术正飞速地应用于智能交通、医疗、物流零售和防伪安全等领域。近几年由于技术发展的需要,在射频识别技术中,UHF RFID技术已成为主要的研究热点;而由于无源标签的供电能源来自于空间电磁场的耦合,所以低功耗的设计成为影响UHF RFID电子标签性能的至关重要因素。在电子标签芯片中数字基带部分占芯片总功耗的40%以上,针对以上情况,本文完成了一款兼容EPCTM C1 G2/ISO 18000-6C协议的UHF RFID数字基带处理器的设计。首先简述了RFID技术研究的背景和意义,以及发展现状和研究重点;然后介绍了UHF RFID的整体系统,并对EPCTM C1 G2协议进行了详细的分析,包括读写器与标签之间的通信规范、链接时限、指令集和标签与读写器之间的通信过程。通过相关理论分析后,本文设计了一种基于EPCTM C1 G2协议的基带处理器架构,并完成了该架构中相应子模块的设计。然后,从根源出发,分析影响CMOS集成电路功耗的因素,并针对这些因素,本文完成了如下低功耗的设计:时钟域设计、引入流水线结构、异步电路设计、对时钟信号进行门控动态管理以及操作数隔离等,本论文通过这些低功耗技术,尽可能地降低了基带处理器的功耗。本文根据设计流程,使RTL级代码完成并通过了功能仿真验证;同时,利用Synopsys公司的Design Compiler工具完成了SMIC 0.18μm CMOS工艺的逻辑综合,并使生成的门级网表通过了后仿真验证;使用PrimeTime对基带处理器的功耗进行了分析,利用IC Compiler工具完成了数字后端的物理实现流程,最终生成了版图;最后,使用商用读写器与FPGA搭建验证平台,完成基带处理器的板级验证。本文设计的基带处理器,在SMIC 0.18um的工艺下,采用1.8V工作电压,平均功耗为8.23μW,版图面积约为561μm×215μm,通过仿真和实验结果表明其工作正常,达到了设计的预期目标。
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