基于ISO14443A協議的RFID芯片模擬前端設計

摘要：實現基于ISO14443A協議的13．56 MHz RFID芯片的設計，并在SMIC 0．18 μm工藝下流片，芯片測試結果良好。RFID芯片模擬前端部分在AC—DC電源產生部分采用了新的結構，不需要引入LDO就可以產生穩定的電源。在數據接收部分采用了新結構，可以抵御工藝偏差引起的器件參數的變化。在數據發送部分，從系統上作了優化，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。
關鍵詞：射頻識別；整流器；限幅器；調制器；解調器

引言
RFID(射頻識別)被廣泛地應用在人們的日常生活中，如門禁、市民卡、機場、物流等領域。RFID芯片的需求量與日俱增，給低功耗、小面積的芯片設計帶來了挑戰。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勢。本文給出的RFID芯片設計，從整個系統上對數字部分電路的功耗作了優化，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系統結構
圖1為RFID系統結構框圖。整個RFID系統包括讀卡器、RFID芯片和耦合線圈。卡與讀卡器通信過程中的能量和數據通過線圈耦合，當二者無數據交互時，讀卡器向空間中發送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，準備交互。RFID芯片接收到的數據是100％的幅度調制，采用改進型的曼徹斯特編碼。RFID發送到讀卡器的數據也采用幅度調制。

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

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