?

　　引言

　　實(shí)現(xiàn)基于ISO14443A協(xié)議的13.56 MHz RFID芯片的設(shè)計(jì)，并在SMIC 0.18 μm工藝下流片，芯片測(cè)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(jiǎn)單可靠。整個(gè)模擬部分的電流小于100μA。

　　1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　圖1為RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。整個(gè)RFID系統(tǒng)包括讀卡器、RFID芯片和耦合線圈?？ㄅc讀卡器通信過(guò)程中的能量和數(shù)據(jù)通過(guò)線圈耦合，當(dāng)二者無(wú)數(shù)據(jù)交互時(shí)，讀卡器向空間中發(fā)送13.56 MHz的正弦載波信號(hào)?？拷x卡器時(shí)，片外線圈會(huì)耦合空間中的磁場(chǎng)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(jìn)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(guò)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(hào)，并通過(guò)模擬前端電路提取出電源和數(shù)據(jù)，提供給整個(gè)芯片，以使卡與讀卡器進(jìn)行交互。

?

　　當(dāng)RFID靠近讀卡器時(shí)，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(shí)，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(hào)，使數(shù)字部分復(fù)位。讀卡器發(fā)出的數(shù)據(jù)是載波為13.56MHz數(shù)據(jù)率為106 kb/s的100%幅度調(diào)制信號(hào)，通過(guò)解調(diào)器解調(diào)提供給數(shù)字部分處理。RFID通過(guò)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(hào)。

　　3 模擬前端電路設(shè)計(jì)

　　3.1 電源產(chǎn)生

　　圖3為電源產(chǎn)生電路，由整流器和限幅器組成。當(dāng)卡與讀卡器無(wú)數(shù)據(jù)交互時(shí)，讀卡器向空間中發(fā)射13.56MHz的正弦交變電磁場(chǎng)。圖3中L為片外電感，C為片內(nèi)電容，LC匹配的諧振頻率為13.56 MHz，C1為穩(wěn)壓儲(chǔ)能電容。當(dāng)卡由遠(yuǎn)及近靠近讀卡器時(shí)，LC發(fā)生諧振，RF1和RF2上的電壓被諧振電路抬高，整流器開(kāi)始工作，將正弦交變電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓VDD。當(dāng)空間中電磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱時(shí)，VDD電壓值較低，不能給芯片供電。隨著卡靠近讀卡器，LC耦合得到的能量變強(qiáng)，VDD升高到芯片工作所需要的額定電壓，芯片開(kāi)始工作。但是，若卡繼續(xù)靠近讀卡器，VDD會(huì)繼續(xù)上升，上升到超過(guò)MOS的擊穿電壓時(shí)芯片內(nèi)的器件會(huì)被燒壞而失效。所以，需要引入限幅器，使VDD穩(wěn)定在芯片工作的額定電壓，這里設(shè)定的是2V。

?

　　限幅器的設(shè)計(jì)需要滿足兩點(diǎn)要求：第一，可精確調(diào)節(jié);第二，高增益。正常情況下讀卡器提供的能量大于其正常工作需要的能量，多余的能量需要限幅器泄放掉。隨著卡靠近讀卡器，RF1和RF2的電壓升高，VDD和Vdect跟隨RF1、RF2上升，當(dāng)：

　　VDD≈V_dect=3Vthp+VREF (1)

　　此時(shí)，M61、M62、M63組成的支路導(dǎo)通，M51的尺寸遠(yuǎn)大于M52的尺寸，二者構(gòu)成的反相器翻轉(zhuǎn)閾值為V_dect—Vthp，當(dāng)M61所在支路導(dǎo)通時(shí)，M51和M52構(gòu)成的反相器翻轉(zhuǎn)，X輸出高電壓，使M7打開(kāi)，RF1和RF2通過(guò)M31、M32泄流，從而電壓VDD被箝位穩(wěn)定在式(1)所示的值上。反相器高增益使限幅器的靈敏度提高，當(dāng)VDD恰好達(dá)到式(1)時(shí)，限幅器就開(kāi)始泄流穩(wěn)壓，使VDD不隨讀卡器能量的變化而變化，以及不隨負(fù)載的變化而變化。高增益的限幅器可以看作理想的穩(wěn)壓二極管。由式(1)可知，只需調(diào)節(jié)VREF即可得到精確的想要的VDD，例如Vthp=0.4 V，需要VDD=2 V，只需設(shè)定VREF=0.8 V即可。此處設(shè)計(jì)的限幅器可以看作電壓可精確調(diào)節(jié)的理想穩(wěn)壓二極管。