Passiv UHF RFID transponder çipinin RF dövrə dizaynı

Radio tezlik identifikasiyası (radio tezlik idenlificaTInn, RFID) 1990-cı illərdə ortaya çıxan avtomatik identifikasiya texnologiyasıdır. RFID texnologiyası ştrix kod texnologiyasında olmayan bir çox üstünlüklərə malikdir və ikinci nəsil vətəndaşlıq*, şəhər kartı, maliyyə əməliyyatları, təchizat zəncirinin idarə edilməsi, ETC, girişə nəzarət, hava limanlarında baqajın idarə edilməsi, ictimai nəqliyyat, konteynerlərin identifikasiyası, heyvandarlığın idarə edilməsi və s. kimi sahələrdə istifadə oluna bilən geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Buna görə də RFID çiplərinin istehsalı texnologiyasına yiyələnmək çox vacib olur. Hazırda artan tətbiq tələbləri RFID çipləri üçün daha böyük tutum, daha aşağı qiymət, daha kiçik ölçü və daha yüksək məlumat sürəti tələb edən daha yüksək tələblər irəli sürür. Bu vəziyyətə uyğun olaraq, bu məqalə uzun məsafəli, aşağı güclü passiv UHF RFID transponder çipi RF dövrəsini təklif edir.

RFID-nin ümumi iş tezliklərinə aşağı tezlikli 125kHz, 134.2kHz, yüksək tezlikli 13.56MHz, ultra yüksək tezlikli 860-930MHz, mikrodalğalı 2.45GHz, 5.8GHz və s. daxildir. antenna və induktiv birləşmə metodunu qəbul edir, iş məsafəsi nisbətən qısadır, ümumiyyətlə 1,2 m-dən çox deyil və bant genişliyi Avropada və digər bölgələrdə bir neçə kiloherts ilə məhdudlaşır. Lakin UHF (860～93Uh1Hz) və mikrodalğalı soba (2.45GHz, 5.8GHz) daha uzun iş məsafəsi, daha yüksək məlumat sürəti və daha kiçik anten ölçüsü təmin edə bilər, buna görə də o, RFID-in isti tədqiqat sahəsinə çevrilmişdir.

Bu yazıda təklif olunan RF dövrə çipi, Schottky diodlarını və Elektriklə Silinən Proqramlaşdırıla bilən Yalnız Oxunan Yaddaşı (EEPROM) dəstəkləyən Chartered 0.35μm 2P4M CMOS prosesindən istifadə edərək lentlə çıxarılır. Schottky diodları aşağı seriyalı müqavimətə və irəli gərginliyə malikdir və qəbul edilmiş RF giriş siqnal enerjisini DC enerji təchizatına çevirərkən yüksək konversiya səmərəliliyini təmin edə bilər və bununla da enerji istehlakını azaldır. Effektiv izotrop radiasiya gücü (EIRP) 4W (36dBm) və antenna qazancı 0dB olduqda, RF dövrə çipi 915MHz-də işləyir, oxu məsafəsi 3m-dən çox, əməliyyat cərəyanı isə 8μA-dan azdır.

1 RF dövrə quruluşu

Əsasən radiotezlik dövrəsini, məntiqi idarəetmə dövrəsini və EEPROM-u ehtiva edən UHF RF1D transponder çipi. Onların arasında radiotezlik dövrə hissəsi aşağıdakı əsas dövrə modullarına bölünə bilər: yerli osilator və saat yaratma sxemi, işə salınan sıfırlama dövrəsi, gərginlik istinad mənbəyi, uyğun şəbəkə və geri səpilmə sxemi, rektifikator, gərginlik tənzimləyicisi və amplituda modulyasiya (AM) demodulyatoru və s. Antenadan başqa heç bir xarici komponent yoxdur. Anten hissəsi dipol strukturunu qəbul edir və bütün çip üçün yeganə enerji mənbəyi kimi uyğun şəbəkə vasitəsilə rektifikatorun giriş empedansı ilə uyğunlaşdırılır. Onun ekvivalent modeli Şəkil 2-də göstərilmişdir. Dipol antennasının empedansının real hissəsi Rra və Rlossdan ibarətdir, burada Rra dipol antennasına xas olan dipol antennasının radiasiya empedansıdır, ümumiyyətlə 73Ω, antenanın elektromaqnit şüalanma qabiliyyətini ifadə edir; Rloss Antenanı hazırlamaq üçün istifadə edilən metalın yaratdığı ohmik müqavimət ümumiyyətlə yalnız istilik yaradır. Antenanın empedansının xəyali X hissəsi ümumiyyətlə müsbətdir, çünki antenna ümumiyyətlə xaricə induktivdir və bu ekvivalent endüktansın ölçüsü ümumiyyətlə antenanın topologiyasından və substratın materialından asılıdır. Rektifikator birləşdirilmiş RF giriş siqnalının gücünü çipin tələb etdiyi DC gərginliyinə çevirir. Gərginlik tənzimləyicisi DC gərginliyini müəyyən bir səviyyədə sabitləşdirir və həddindən artıq gərginlik səbəbindən çipi parçalanmaqdan qorumaq üçün DC gərginliyinin böyüklüyünü məhdudlaşdırır. AM demodulyatoru qəbul edilən daşıyıcı siqnaldan müvafiq məlumat siqnalını çıxarmaq üçün istifadə olunur. Geri səpilmə sxemi dəyişən tutum vasitəsilə RF dövrəsinin empedansını dəyişdirərək transponder məlumatlarını RFID sorğulayıcısına və ya kart oxuyucuya ötürür. Bütün çipin sıfırlama siqnalını yaratmaq üçün işə salınan sıfırlama sxemi istifadə olunur. 13,56 MHz yüksək tezlikli (HF) transponderdən fərqli olaraq, 915 MHz UHF transponder tezliyi daşıyıcıdan ayırmaqla yerli saat əldə edə bilməz, ancaq daxili aşağı güclü yerli osilator vasitəsilə rəqəmsal məntiq dövrə hissəsi üçün saat təmin edə bilər. Bütün bu dövrə blokları aşağıda bir-bir ətraflı izah ediləcək.

2 Dövrələrin dizaynı və təhlili

2.1 Düzəldici və gərginlik tənzimləyicisinin sxemləri

Bu yazıda rektifikator dövrəsi kimi Schottky diodlarından ibarət Dickson doldurma nasosundan istifadə edilmişdir. Dövrənin sxematik diaqramı Şəkil 3-də göstərilmişdir. Bunun səbəbi Schottky diodlarının aşağı seriyaya malik olmasıdır.qəbul edilmiş RF giriş siqnal enerjisini DC enerji təchizatına çevirərkən yüksək konversiya səmərəliliyini təmin edə bilən müqavimət və qovşaq tutumu, bununla da enerji istehlakını azaldır. Bütün Schottky diodları bir-birinə poli-poli kondansatörlərlə bağlanır. Şaquli kondensatorlar Vin giriş gərginliyinin mənfi yarım dövrü ərzində enerjini doldurur və saxlayır, yanal kondansatörlər isə sabit cərəyan yaratmaq üçün Vin-in müsbət yarım dövrü ərzində enerjini doldurur və saxlayır. Yüksək gərginlik, nəticədə yaranan gərginlik:

VDD=n·(Vp, RF-Vf, D)

Burada Vp, RF giriş radiotezliyi siqnalının amplitudası, Vf, D Schottky diodunun irəli gərginliyi, n istifadə olunan doldurma nasosunun mərhələlərinin sayıdır.

Düzəldici tərəfindən DC gərginlik çıxışını müəyyən səviyyədə sabitləşdirin və sabit gərginlik amplitüdünün transponder çipinin fiziki vəziyyətinə görə dəyişməməsini təmin etmək və mümkün çip zərbələrindən qaçmaq üçün bütün transponder çipi üçün sabit iş gərginliyini təmin edin. transponder çipini qorumaq üçün geyin. Dövrə özünə qərəzli Cascnde strukturunu qəbul edir. Bu dövrə quruluşunun seçilməsinin səbəbi, Cascnde strukturunun ümumi qapı borusunun izolyasiya effektinə malik olmasıdır ki, bu da onu güc dalğalanmalarını boğmaq üçün yaxşı bir qabiliyyətə malikdir və bununla da enerji təchizatı rədd nisbətini (PSRR) yaxşılaşdırır. İki filial cərəyanının əsas sabitliyini təmin etmək. Q1 və Q2-nin sahə nisbəti 1:8-dir. Bundan əlavə, ümumi HF RFID transponderlərindən fərqli olaraq, çipin ümumi enerji istehlakını azaltmaq üçün dizaynda aşağı gərginlikli başlanğıc dövrə ilə aşağı güclü gərginlikli istinad mənbəyini qəbul etdik.