基于ISO14443A協(xié)議的RFID芯片模擬前端設(shè)計

摘要：實現(xiàn)基于ISO14443A協(xié)議的13．56 MHz RFID芯片的設(shè)計，并在SMIC 0．18 μm工藝下流片，芯片測試結(jié)果良好。RFID芯片模擬前端部分在AC—DC電源產(chǎn)生部分采用了新的結(jié)構(gòu)，不需要引入LDO就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的電源。在數(shù)據(jù)接收部分采用了新結(jié)構(gòu)，可以抵御工藝偏差引起的器件參數(shù)的變化。在數(shù)據(jù)發(fā)送部分，從系統(tǒng)上作了優(yōu)化，使模擬部分的電路變得簡單可靠。整個模擬部分的電流小于100μA。
關(guān)鍵詞：射頻識別；整流器；限幅器；調(diào)制器；解調(diào)器

引言
RFID(射頻識別)被廣泛地應(yīng)用在人們的日常生活中，如門禁、市民卡、機場、物流等領(lǐng)域。RFID芯片的需求量與日俱增，給低功耗、小面積的芯片設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。低功耗、小面積、低成本的RFID芯片在激烈的市場競爭中更有優(yōu)勢。本文給出的RFID芯片設(shè)計，從整個系統(tǒng)上對數(shù)字部分電路的功耗作了優(yōu)化，并且對模擬電路部分作了一些改進，減小了芯片功耗和面積，從而降低了成本。該RFID芯片于2010年6月在SMIC 0．18 μm工藝下流片，工作情況良好。

1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖1為RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。整個RFID系統(tǒng)包括讀卡器、RFID芯片和耦合線圈。卡與讀卡器通信過程中的能量和數(shù)據(jù)通過線圈耦合，當(dāng)二者無數(shù)據(jù)交互時，讀卡器向空間中發(fā)送13．56 MHz的正弦載波信號。卡靠近讀卡器時，片外線圈會耦合空間中的磁場為RFID芯片提供能量，使模擬前端和其他部分上電，準(zhǔn)備交互。RFID芯片接收到的數(shù)據(jù)是100％的幅度調(diào)制，采用改進型的曼徹斯特編碼。RFID發(fā)送到讀卡器的數(shù)據(jù)也采用幅度調(diào)制。

2 模擬前端結(jié)構(gòu)
圖2為模擬前端的結(jié)構(gòu)框圖，L為片外電感，C為片內(nèi)電容，LC諧振在13．56 MHz。RFID讀卡器通過線圈發(fā)送能量和數(shù)據(jù)，LC諧振回路接收讀卡器發(fā)出的信號，并通過模擬前端電路提取出電源和數(shù)據(jù)，提供給整個芯片，以使卡與讀卡器進行交互。

當(dāng)RFID靠近讀卡器時，整流器產(chǎn)生的電源電壓被LC諧振電路提高，當(dāng)電壓提高的一定值時，限幅器工作，使電源電壓被箝位并穩(wěn)定在設(shè)定的值上，給其他模擬模塊和數(shù)字部分供電。上電復(fù)位電路(POR)工作，給出復(fù)位信號，使數(shù)字部分復(fù)位。讀卡器發(fā)出的數(shù)據(jù)是載波為13．56
MHz數(shù)據(jù)率為106 kb／s的100％幅度調(diào)制信號，通過解調(diào)器解調(diào)提供給數(shù)字部分處理。RFID通過調(diào)制器向讀卡器發(fā)出載波為13．56 MHz數(shù)據(jù)率為847 kb／s的幅度調(diào)制信號。