Cylched amledd radio o ddefnydd pŵer isel sglodyn trawsatebwr amledd amledd radio goddefol ultrahigh goddefol
Mae'r papur hwn yn cynnig cylched amledd radio sglodion trawsatebwr amledd amledd uwch-uchel goddefol pŵer isel (UIDF) perfformiad uchel sy'n cwrdd â safon ISO / IEC18000-6B. Nid oes gan y cylched amledd radio unrhyw gydrannau allanol ac eithrio'r antena, ac mae'n derbyn egni o'r maes electromagnetig amledd radio trwy unionydd deuod Schottky.
Peirianwyr rhwydwaith selogion electronig • Ffynhonnell: Gorffen y safle • Awdur: Dienw • 2010 Nian 01 Yue 26 Ri 11:14 • 648 Darllenwch 0 gwaith
Cylched amledd radio o ddefnydd pŵer isel sglodyn trawsatebwr amledd amledd radio goddefol ultrahigh goddefol
Mae'r papur hwn yn cynnig cylched amledd radio sglodion trawsatebwr amledd amledd uwch-uchel goddefol pŵer isel (UIDF) perfformiad uchel sy'n cwrdd â safon ISO / IEC18000-6B. Nid oes gan y cylched amledd radio unrhyw gydrannau allanol ac eithrio'r antena, ac mae'n derbyn egni o'r maes electromagnetig amledd radio trwy unionydd deuod Schottky.
0 Rhagair
Technoleg adnabod awtomatig yw adnabod amledd radio (RFID) a ddaeth i'r amlwg yn y 1990au. Mae gan dechnoleg RFID amrywiaeth o fanteision nad oes gan dechnoleg cod bar, ac mae ganddi ystod eang o gymwysiadau. Gellir ei gymhwyso i gardiau adnabod dinasyddion ail genhedlaeth, cerdyn dinas, trafodion ariannol, rheoli'r gadwyn gyflenwi, ffioedd cyhoeddi electronig (ETC), rheoli mynediad, rheoli bagiau maes awyr, cludiant cyhoeddus, adnabod cynwysyddion, rheoli da byw, ac ati. Felly, mae'n yn bwysig iawn i feistroli technoleg cynhyrchu sglodion RFID. Ar hyn o bryd, mae'r galw cynyddol am gymwysiadau yn cyflwyno gofynion uwch ar sglodion RFID, sy'n gofyn am gapasiti mwy, cost is, cyfaint llai, a chyfradd ddata uwch. Yn ôl y sefyllfa hon, mae'r erthygl hon yn cynnig cylched amledd radio sglodion trawsatebwr UHF UHF RFID goddefol pellter hir.
Mae amleddau gweithio cyffredin RFID yn cynnwys amledd isel 125kHz, 134.2kHz, amledd uchel 13.56MHz, UHF 860 ～ 930MHz, microdon 2.45GHz, 5.8GHz, ac ati. Oherwydd bod y system amledd isel 125kHz, 134.2kHz, amledd uchel 13.56MHz yn defnyddio coiliau fel antenau ac yn defnyddio anwythyddion Mae'r pellter gweithio yn gymharol fyr, yn gyffredinol dim mwy na 1.2m, ac mae'r lled band wedi'i gyfyngu i sawl cilohertz yn Ewrop a rhanbarthau eraill. Fodd bynnag, gall UHF (860 ~ 93Uh1Hz) a microdon (2.45GHz, 5.8GHz) ddarparu pellter gweithio hirach, cyfradd ddata uwch, a maint antena llai, felly mae wedi dod yn faes ymchwil poeth o RFID.
Mae'r sglodyn cylched RF a gynigir yn y papur hwn yn cael ei tapio allan gan ddefnyddio'r broses Siartredig 0.35μm 2P4M CM0S sy'n cefnogi deuodau Schottky a chof darllenadwy yn unig y gellir ei ddileu yn drydanol (EEPROM). Mae gan ddeuodau Schottky wrthwynebiad cyfres is a foltedd ymlaen, a gallant ddarparu effeithlonrwydd trosi uwch wrth drosi'r egni signal mewnbwn RF a dderbynnir yn gyflenwad pŵer DC, a thrwy hynny leihau'r defnydd o bŵer. Pan fydd y pŵer pelydru isotropig effeithiol (EIRP) yn 4W (36dBm) a'r enillion antena yw 0dB, mae'r sglodyn cylched amledd radio yn gweithio ar 915MHz, mae'r pellter darllen yn fwy na 3m, ac mae'r cerrynt gweithio yn llai nag 8μA.
1 strwythur cylched RF
Ffigur 1 yw diagram system sglodion trawsatebwr UHF RF1D, sy'n cynnwys cylchedau amledd radio, cylchedau rheoli rhesymeg ac EEPROM yn bennaf. Yn eu plith, gellir rhannu'r rhan cylched amledd radio i'r prif fodiwlau cylched canlynol: oscillator lleol a chylched cynhyrchu cloc, cylched ailosod pŵer-ymlaen, ffynhonnell cyfeirio foltedd, rhwydwaith paru a chylched backscatter, unionydd, rheolydd foltedd a modiwleiddio osgled (AM ) Demodulator, ac ati. Nid oes unrhyw gydrannau allanol ac eithrio'r antena, ac mae'r rhan antena yn mabwysiadu strwythur deupol, ac mae'n cael ei gyfateb â rhwystriant mewnbwn yr unionydd trwy rwydwaith paru, fel yr unig ffynhonnell ynni ar gyfer y sglodyn cyfan. Dangosir y model cyfatebol yn Ffigur 2. Mae rhan go iawn rhwystriant antena deupol yn cynnwys dwy ran, Rra a Rloss, lle Rra yw rhwystriant ymbelydredd yr antena deupol, sy'n gynhenid i'r antena deupol, yn gyffredinol 73Ω, sy'n cynrychioli gallu'r antena i belydru tonnau electromagnetig i'r tu allan; Rloss Yn gyffredinol, dim ond gwres sy'n cynhyrchu gwrthiant ohmig y metel a ddefnyddir i wneud yr antena. Mae rhan ddychmygol X o'r rhwystriant antena yn gadarnhaol ar y cyfan. Mae hyn oherwydd bod yr antena yn gyffredinol yn anwythol i'r tu allan. Mae maint yr inductance cyfatebol yn gyffredinol yn dibynnu ar strwythur topolegol yr antena a'r deunydd swbstrad. Mae'r unionydd yn trosi'r pŵer signal mewnbwn RF cypledig i'r foltedd DC sy'n ofynnol gan y sglodyn. Mae'r rheolydd foltedd yn sefydlogi'r foltedd DC ar lefel benodol ac yn cyfyngu osgled y foltedd DC i amddiffyn y sglodyn rhag chwalu oherwydd foltedd gormodol. Defnyddir y demodulator AM i echdynnu'r signal data cyfatebol o'r signal cludwr a dderbynnir. Mae'r gylched backscatter yn defnyddio cynhwysydd amrywiol i newid rhwystriant y gylched amledd radio, a thrwy hynny anfon y data trawsatebwr at y cwestiynwr RFID neu'r darllenydd cerdyn. Defnyddir y gylched ailosod pŵer-ymlaen i gynhyrchu signal ailosod ar gyfer y sglodyn cyfan. Yn wahanol i'r trawsatebwr amledd uchel (HF) 13.56MHz, ni all y trawsatebwr 915MHz UHF gael cloc lleol o amledd y cludwr, ond dim ond trwy oscillator lleol pŵer isel adeiledig y gall ddarparu cloc ar gyfer y rhan cylched rhesymeg ddigidol. Disgrifir yr holl fodiwlau cylched hyn yn fanwl o dan un wrth un.
Ffigur 1 Diagram system sglodion trawsatebwr UHF RF1D
2 Model trydanol cyfatebol o antena trawsatebwr
2 Dylunio a dadansoddi cylchedau
2.1 Cylched Rectifier a rheolydd
Yn y papur hwn, defnyddir pwmp gwefr Dickson sy'n cynnwys deuodau Schottky fel cylched yr unionydd. Dangosir y diagram sgematig o'r gylched yn Ffigur 3. Mae hyn oherwydd bod gan ddeuodau Schottky wrthwynebiad cyfres is a chynhwysedd cyffordd, a gallant ddarparu effeithlonrwydd trosi uwch wrth drosi'r egni signal mewnbwn RF a dderbynnir yn gyflenwad pŵer DC, a thrwy hynny leihau'r defnydd o bŵer. Mae pob deuod Schottky wedi'u cysylltu gyda'i gilydd gan gynwysyddion poly-poly. Mae'r cynhwysydd fertigol yn cael ei wefru a'i storio yn hanner cylch negyddol y foltedd mewnbwn Vin, ac mae'r cynhwysydd llorweddol yn cael ei wefru a'i storio yn hanner cylch positif Vin, a thrwy hynny gynhyrchu foltedd uchel DC, y foltedd sy'n deillio o hyn yw:
VDD = n · (Vp, RF － Vf, D)
Vp, RF yw osgled y signal amledd radio mewnbwn, Vf, D yw foltedd ymlaen y deuod Schottky, ac n yw nifer y camau pwmp gwefr a ddefnyddir.
Ffigur 4 Diagram cylched o reoleiddiwr foltedd
2.2 Rhwydwaith paru a chylched backscatter
Yn wahanol i'r trawsatebwr 13.56MHz HF, mae'r trawsatebwr RFID band UHF yn defnyddio antena deupol. Mae Ffigur 5 yn ddiagram cylched cyfatebol SPICE (rhaglen efelychu gyda phwyslais cylched integredig) o'r trawsatebwr a'r antena. Yn y model cylched SPICE cyfatebol hwn, y signal cludwr RF a dderbynnir yw Vs, rhwystriant yr antena yw Zs = Rs + jXL, y gellir ei ystyried yn wrthwynebiad mewnol y ffynhonnell foltedd Vs, a rhwystriant mewnbwn cyfatebol y sglodyn trawsatebwr. yw ZL = RL-jXL. Felly, pan fydd ZL = Zs *, mae'r rhwystriant yn cyfateb ac mae'r trosglwyddiad pŵer yn fwyaf. Yn achos paru rhwystriant, o safbwynt y trawsatebwr ag antena, dylai'r rhwystriant a gafwyd fod yn Z = 2RL, felly rydym yn cael y berthynas rhwng y pŵer derbyn Cyn a'r swing foltedd VS fel ochr:
Yna mewnbwn Vin swing foltedd i ddau ben y sglodyn yw:
Er mwyn sicrhau paru rhwystriant, mae angen i'r gylched hefyd drawsnewid trawsnewidiad ar y rhwydwaith paru, fel y gall gwrthiant mewnol yr antena a rhwystriant mewnbwn y rhan cylched amledd radio gyflawni paru cyfun, felly rydym yn defnyddio math L. rhwydwaith paru. Oherwydd cost uchel anwythyddion integredig sglodion a chywirdeb isel, rydym yn defnyddio inductance yr antena fel inductor paru i integreiddio'r cynhwysydd paru i'r sglodyn. Ar ôl cyfrifo, mae rhwystriant mewnbwn y gylched amledd radio tua (105-j406) Ω.
Ffigur 5 Diagram cylched cyfatebol SPICE o drawsatebwr ac antena
Mae Ffigur 6 yn ddiagram sgematig o'r gylched backscatter. Mae'r gylched backscatter yn defnyddio cynhwysydd amrywiol i newid rhwystriant y gylched amledd radio, a thrwy hynny anfon y data trawsatebwr at y cwestiynwr RFID neu'r darllenydd cerdyn. Gwireddir y cynhwysedd amrywiol gan varactor MOS. Yn y broses safonol CMOS, gallwn ddefnyddio'r cynhwysedd newidiol a reolir gan foltedd o giât y tiwb MOS i'r swbstrad, a defnyddio giât y varactor MOS fel un pen i'r cynhwysydd a'r pen ffynhonnell Cysylltu â'r derfynell ddraen fel y pen arall y cynhwysydd.
Cylched demodulator 2.3 AM
Defnyddir cylched demodulator AM i adfer y cludwr wedi'i fodiwleiddio a dderbynnir yn signal digidol ar gyfer prosesu band sylfaen. Mae'r gylched demodiwleiddio yn cynnwys cylched canfod amlen, cylched hidlo a chymharydd (fel y dangosir yn Ffigur 7). Mae'r cymharydd yn defnyddio cymharydd Hysteresis i ostwng y gyfradd gwallau did. Mae'r synhwyrydd amlen yn defnyddio'r un cylched â'r unionydd i echdynnu'r signal amlen. Defnyddir yr hidlydd pasio isel i ddileu signalau sŵn a chrychau ar y cyflenwad pŵer. Yn olaf, mae'r signal amlen yn cael ei adfer i signal digidol wrth allbwn y cymharydd trwy'r cymharydd hysteresis.
Ffigur 7 Diagram sgematig demodulator
2.4 Cylched ailosod pŵer-ymlaen
Mae dwy brif swyddogaeth i'r gylched ailosod pŵer-ymlaen. Un yw pan fydd y trawsatebwr yn mynd i mewn i ardal effeithiol y cwestiynwr neu'r darllenydd cerdyn a bod y foltedd cyflenwad pŵer wedi cyrraedd y potensial gweithio arferol, bydd yn cynhyrchu signal ailosod ar gyfer y sglodyn cyfan; yr ail yw pan fydd foltedd y cyflenwad pŵer yn gostwng yn sydyn. Pan ailosodir y gylched, gall atal y cylched rhesymeg rhag camweithio. Mae Ffigur 8 yn ddiagram cylched ailosod pŵer-ymlaen, amser oedi ailosod pŵer y gylched yw 10μs. Pan fydd yr amser yn parhau i gynyddu o sero ac yn fwy na'r foltedd tynnu i fyny 2.4V, mae'r tiwb P MP1 a'r tiwb N MN1 yn cael eu troi ymlaen yn gyntaf, gan wneud i botensial pwyntiau A a B godi'n raddol o 0 gyda chynnydd Yu, ar ôl cam gwrthdroi Mae folteddau giât y transistorau MP2 a MN2 i gyd yn newid yn llinol gyda chodiad VDD, felly ar y dechrau, mae MN2 yn cael ei droi ymlaen ac mae MP2 yn cael ei ddiffodd, fel bod y foltedd ym mhwynt C bob amser yn 0 (ailosod effeithiol) . Pan fydd VDD yn cyrraedd potensial uwch, mae'r potensial ym mhwynt A hefyd yn codi i lefel benodol ar yr un pryd, gan wneud i'r tiwb MN2 gael ei dorri i ffwrdd. Ar yr adeg hon, mae'r tiwb MP2 yn cael ei droi ymlaen ac mae'r potensial ym mhwynt C yn codi'n gyflym. Ar ôl sawl lefel o byfferau, ceir caethwas. Allbwn signal pontio rhesymeg 0 i 1, fel bod y gylched yn dechrau gweithio'n normal. Rhaeadru'r camau canlynol o byfferau a llwythi capacitive yw sicrhau oedi amser o tua 10μs, hynny yw, pan fydd VDD yn uwch na 2.4V ac yn cadw 10μs, mae'r signal ailosod yn cwblhau'r naid, er mwyn gwireddu gweithrediad sefydlog y gylched. Mae'r canlyniadau efelychu fel a ddangosir yn Ffigur 9.
Ffigur 8 Diagram sgematig cylched ailosod pŵer-ymlaen
Ffigur 9 Canlyniadau efelychu cylched ailosod pŵer-ymlaen
2.5 Oscillator lleol a chylched cynhyrchu cloc
Yn wahanol i'r trawsatebwr 13.56MHz HF, ni all y trawsatebwr 915MHz UHF gael cloc lleol o amledd y cludwr, ond dim ond trwy oscillator lleol pŵer isel adeiledig y gall ddarparu cloc ar gyfer y rhan cylched rhesymeg ddigidol. Gall amledd y cloc dderbyn gwall o ± 30%, ac nid yw cywirdeb amledd y cloc yn uchel, felly gellir defnyddio strwythur oscillator cymharol syml i leihau defnydd pŵer y sglodyn. Ar ôl dadansoddi, fe wnaethom benderfynu defnyddio oscillator cylch a oedd yn cynnwys gwrthdroyddion cwbl wahaniaethol odrif, a all nid yn unig atal newid foltedd modd cyffredin, ond a all hefyd gael nodweddion atal cyflenwad pŵer da. Mae Ffigur 10 yn ddiagram sgematig o'r cylched oscillator a chynhyrchu cloc lleol. Ar ôl prawf efelychu, gan ystyried amodau llawn tymheredd, foltedd cyflenwad pŵer a newidiadau ongl proses, mae amledd allbwn y gylched tua 250kHz, ac mae ei wall amrywio yn sicrhau bod cywirdeb cyfradd didau y data yn llai na 15% o VDD. Nid yw'r perfformiad yn cael unrhyw effaith, ac mae'n well cwrdd â gofynion dylunio'r system. Mae Ffigur 11 yn dangos y signal cloc a gafwyd trwy efelychu.
Ffigur 10 Diagram sgematig o oscillator lleol a chylched cynhyrchu cloc
Ffigur 11 signal cloc a gafwyd trwy efelychu
3 Canlyniadau profion a dadansoddiad
Mae'r sglodyn cylched amledd radio yn mabwysiadu proses CMOS Siartredig 0.35μm 2P4M sy'n cefnogi deuod Schottky ac EEPROM ar gyfer tâp allan. Yr ardal sglodion cylched craidd heb badiau I / O (PAD) yw 300μm × 720μm. Ac eithrio'r ddau PAD a ddefnyddir i gysylltu ag antenâu allanol, defnyddir y PADs sy'n weddill ar gyfer profi swyddogaeth sglodion. Ffigur 12 yw'r diagram tonffurf a gafwyd ar ôl i'r sglodyn cylched amledd radio gael ei gysylltu â'r antena allanol a bod darllenydd y cerdyn yn cael ei brofi am gyfathrebu. Gwneir y prawf gan ddefnyddio darllenydd cerdyn RFID THM6BC1-915 UHF o Beijing Tsinghua Tongfang Microelectronics Co, Ltd sy'n cwrdd â safon ISO / IEC 18000-6B. Ffigur 12 (a) yw'r donffurf VDD a gafwyd gan yr unionydd a'r cylched rheolydd foltedd ar ôl derbyn y signal amledd radio a drosglwyddir gan ddarllenydd y cerdyn. Y gwerth cyfartalog yw 3.3V, a dim ond crychdonni sy'n llai na 20mV, sy'n fodlon iawn. Mae gofynion y mynegai dylunio yn cael eu bodloni. Mae Ffigur 12 (b) yn dangos y signal digidol a anfonwyd gan y darllenydd cerdyn a gafwyd trwy ddadosodiad sglodion cylched RF. Ar ôl profi, pan fydd yr EIRP yn 4W (36dBm) a'r enillion antena yw OdB, mae'r sglodyn cylched amledd radio yn gweithio ar 915MHz, mae'r pellter darllen yn fwy na 3m, ac mae'r cerrynt gweithio yn llai na 8μA.
Ffigur 12 Diagram tonffurf prawf o sglodyn cylched RF
Casgliad 4
Mae'r papur hwn yn cynnig cylched amledd radio sglodion trawsatebwr UHF RFID goddefol perfformiad uchel a phwer isel sy'n cwrdd â safon ISO / IEC 18000-6B. Mae'r gylched amledd radio yn gweithio ar 915MHz ac nid oes ganddo gydrannau allanol heblaw'r antena. Mae'n defnyddio deuodau Schottky. Mae'r unionydd yn derbyn egni o'r maes electromagnetig amledd radio. Defnyddir y broses siartredig 0.35μm 2P4M CMQS sy'n cefnogi deuodau Schottky ac EEPROM ar gyfer tâp allan, a'i ardal graidd yw 300μm × 720μm. Mae cylched amledd radio RFID yn cynnwys sawl prif fodiwl fel oscillator lleol, cylched cynhyrchu cloc, cylched ailosod, rhwydwaith paru a chylched backscatter, unionydd, rheolydd foltedd a demodulator AM. Mae'r testun hwn yn dylunio ac yn optimeiddio pob cylched modiwl, yn dylunio'r cylched amledd radio defnydd pŵer isel sy'n unol â'r gofyniad safonol. Cynhaliwyd y prawf gyda darllenydd cerdyn RFID THH6BC1-915Y2 UHF sy'n cydymffurfio â safon ISO / IEC 18000-6B. Mae canlyniadau'r profion yn dangos bod y pellter darllen yn fwy na 3m, ac mae'r canlyniad yn bodloni gofynion mynegai system trawsatebwr goddefol UHF RFID.
Mae ein cynnyrch eraill:
