基于ISO14443A协议的RFID芯片模拟前端设计

摘要：实现基于ISO14443A协议的13．56 MHz RFID芯片的设计，并在SMIC 0．18 μm工艺下流片，芯片测试结果良好。RFID芯片模拟前端部分在AC—DC电源产生部分采用了新的结构，不需要引入LDO就可以产生稳定的电源。在数据接收部分采用了新结构，可以抵御工艺偏差引起的器件参数的变化。在数据发送部分，从系统上作了优化，使模拟部分的电路变得简单可靠。整个模拟部分的电流小于100μA。
关键词：射频识别；整流器；限幅器；调制器；解调器

引言
RFID(射频识别)被广泛地应用在人们的日常生活中，如门禁、市民卡、机场、物流等领域。RFID芯片的需求量与日俱增，给低功耗、小面积的芯片设计带来了挑战。低功耗、小面积、低成本的RFID芯片在激烈的市场竞争中更有优势。本文给出的RFID芯片设计，从整个系统上对数字部分电路的功耗作了优化，并且对模拟电路部分作了一些改进，减小了芯片功耗和面积，从而降低了成本。该RFID芯片于2010年6月在SMIC 0．18 μm工艺下流片，工作情况良好。

1 RFID系统结构
图1为RFID系统结构框图。整个RFID系统包括读卡器、RFID芯片和耦合线圈。卡与读卡器通信过程中的能量和数据通过线圈耦合，当二者无数据交互时，读卡器向空间中发送13．56 MHz的正弦载波信号。卡靠近读卡器时，片外线圈会耦合空间中的磁场为RFID芯片提供能量，使模拟前端和其他部分上电，准备交互。RFID芯片接收到的数据是100％的幅度调制，采用改进型的曼彻斯特编码。RFID发送到读卡器的数据也采用幅度调制。

2 模拟前端结构
图2为模拟前端的结构框图，L为片外电感，C为片内电容，LC谐振在13．56 MHz。RFID读卡器通过线圈发送能量和数据，LC谐振回路接收读卡器发出的信号，并通过模拟前端电路提取出电源和数据，提供给整个芯片，以使卡与读卡器进行交互。

当RFID靠近读卡器时，整流器产生的电源电压被LC谐振电路提高，当电压提高的一定值时，限幅器工作，使电源电压被箝位并稳定在设定的值上，给其他模拟模块和数字部分供电。上电复位电路(POR)工作，给出复位信号，使数字部分复位。读卡器发出的数据是载波为13．56
MHz数据率为106 kb／s的100％幅度调制信号，通过解调器解调提供给数字部分处理。RFID通过调制器向读卡器发出载波为13．56 MHz数据率为847 kb／s的幅度调制信号。