Conception de circuit RF pour puce de transpondeur RFID UHF passive

L'identification par radiofréquence (RFID) est une technologie d'identification automatique apparue dans les années 1990. La technologie RFID présente de nombreux avantages que la technologie des codes-barres n'a pas et possède une large gamme d'applications, qui peuvent être utilisées dans la citoyenneté de deuxième génération*, les cartes de ville, les transactions financières, la gestion de la chaîne d'approvisionnement, l'ETC, le contrôle d'accès, la gestion des bagages dans les aéroports, les transports publics, l'identification des conteneurs, la gestion du bétail, etc. Par conséquent, il devient très important de maîtriser la technologie de fabrication des puces RFID. À l'heure actuelle, les demandes d'application croissantes ont mis en avant des exigences plus élevées pour les puces RFID, nécessitant une plus grande capacité, un coût inférieur, une taille plus petite et un débit de données plus élevé. Selon cette situation, cet article propose un circuit RF de puce de transpondeur RFID UHF passif longue distance et à faible consommation.

Les fréquences de fonctionnement courantes de la RFID comprennent les basses fréquences 125 kHz, 134,2 kHz, les hautes fréquences 13,56 MHz, les ultra-hautes fréquences 860-930 MHz, les micro-ondes 2,45 GHz, 5,8 GHz, etc. Étant donné que les systèmes basse fréquence 125 kHz, 134,2 kHz et haute fréquence 13,56 MHz utilisent la bobine comme antenne et adoptent la méthode de couplage inductif, la distance de travail est relativement courte, généralement pas plus de 1,2 m, et la bande passante est limitée à plusieurs kilohertz en Europe et dans d'autres régions. Mais l'UHF (860～93Uh1Hz) et les micro-ondes (2,45 GHz, 5,8 GHz) peuvent offrir une distance de travail plus longue, un débit de données plus élevé et une taille d'antenne plus petite, ce qui en fait un domaine de recherche en vogue de la RFID.

La puce de circuit RF proposée dans cet article est une puce CMOS 2P4M de 0,35 μm de Chartered prenant en charge les diodes Schottky et la mémoire morte programmable effaçable électriquement (EEPROM). Les diodes Schottky ont une faible résistance série et une faible tension directe, et peuvent fournir une efficacité de conversion élevée lors de la conversion de l'énergie du signal d'entrée RF reçu en alimentation CC, réduisant ainsi la consommation d'énergie. Lorsque la puissance isotrope rayonnée effective (EIRP) est de 4 W (36 dBm) et que le gain d'antenne est de 0 dB, la puce de circuit RF fonctionne à 915 MHz, la distance de lecture est supérieure à 3 m et le courant de fonctionnement est inférieur à 8 μA.

1 Structure du circuit RF

La puce du transpondeur UHF RF1D, qui comprend principalement un circuit de radiofréquence, un circuit de contrôle logique et une EEPROM. Parmi eux, la partie circuit de radiofréquence peut être divisée en les modules de circuit principaux suivants : oscillateur local et circuit de génération d'horloge, circuit de réinitialisation à la mise sous tension, source de référence de tension, réseau d'adaptation et circuit de rétrodiffusion, redresseur, régulateur de tension et démodulateur de modulation d'amplitude (AM), etc. Il n'y a aucun composant externe à l'exception de l'antenne. La partie antenne adopte une structure dipôle et est adaptée à l'impédance d'entrée du redresseur via un réseau d'adaptation comme seule source d'énergie pour l'ensemble de la puce. Son modèle équivalent est illustré à la figure 2. La partie réelle de l'impédance de l'antenne dipôle se compose de Rra et Rloss, où Rra est l'impédance de rayonnement de l'antenne dipôle, qui est inhérente à l'antenne dipôle, généralement 73Ω, qui représente la capacité de l'antenne à rayonner des ondes électromagnétiques ; Rloss La résistance ohmique apportée par le métal utilisé pour fabriquer l'antenne ne génère généralement que de la chaleur. La partie imaginaire X de l'impédance de l'antenne est généralement positive, car l'antenne est généralement inductive vers l'extérieur, et la taille de cette inductance équivalente dépend généralement de la topologie de l'antenne et du matériau du substrat. Le redresseur convertit la puissance du signal d'entrée RF couplé en tension continue requise par la puce. Le régulateur de tension stabilise la tension continue à un certain niveau et limite l'amplitude de la tension continue pour protéger la puce contre les pannes dues à une tension excessive. Le démodulateur AM est utilisé pour extraire le signal de données correspondant du signal porteur reçu. Le circuit de rétrodiffusion transmet les données du transpondeur à l'interrogateur RFID ou au lecteur de carte en modifiant l'impédance du circuit RF via une capacité variable. Le circuit de réinitialisation à la mise sous tension est utilisé pour générer le signal de réinitialisation de l'ensemble de la puce. Contrairement au transpondeur haute fréquence (HF) de 13,56 MHz, le transpondeur UHF de 915 MHz ne peut pas obtenir une horloge locale en divisant la fréquence de la porteuse, mais peut uniquement fournir une horloge pour la partie circuit logique numérique via un oscillateur local basse consommation intégré. Tous ces blocs de circuit seront expliqués en détail un par un ci-dessous.

2 Conception et analyse de circuits

2.1 Circuits redresseurs et régulateurs de tension

Dans cet article, la pompe de charge Dickson composée de diodes Schottky est utilisée comme circuit redresseur. Le schéma du circuit est présenté dans la figure 3. Cela est dû au fait que les diodes Schottky ont une faible sérierésistance et capacité de jonction, qui peuvent fournir une efficacité de conversion élevée lors de la conversion de l'énergie du signal d'entrée RF reçu en alimentation CC, réduisant ainsi la consommation d'énergie. Toutes les diodes Schottky sont connectées entre elles par des condensateurs poly-poly. Les condensateurs verticaux chargent et stockent l'énergie pendant le demi-cycle négatif de la tension d'entrée Vin, tandis que les condensateurs latéraux chargent et stockent l'énergie pendant le demi-cycle positif de Vin pour générer du courant continu. Haute tension, la tension résultante est :

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

Où Vp, RF est l'amplitude du signal de radiofréquence d'entrée, Vf, D est la tension directe de la diode Schottky, n est le nombre d'étages de la pompe de charge utilisée.

Stabilisez la tension continue de sortie du redresseur à un certain niveau et fournissez une tension de fonctionnement stable pour l'ensemble de la puce du transpondeur afin de garantir que l'amplitude de la tension continue ne changera pas en raison de la position physique de la puce du transpondeur et d'éviter d'éventuels chocs de la puce. usure, afin de protéger la puce du transpondeur. Le circuit adopte une structure Cascnde auto-polarisée. La raison du choix de cette structure de circuit est que la structure Cascnde a l'effet d'isolation du tube à grille commune, ce qui lui permet d'avoir une bonne capacité à supprimer les fluctuations de puissance, améliorant ainsi le taux de rejet de l'alimentation (PSRR). Pour assurer la stabilité de base des deux courants de branche. Le rapport de surface de Q1 et Q2 est de 1:8. De plus, contrairement aux transpondeurs RFID HF généraux, nous avons adopté une source de référence de tension basse puissance avec un circuit de démarrage basse tension dans la conception pour réduire la consommation électrique globale de la puce.