基于超高频无源电子标签芯片的模拟电路设计

　　无线射频识别（RFID）是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。基本的RFID系统由电子标签、阅读器及应用支撑软件等几部分组成。

　　电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。

　　电子标签通常由标签天线（或线圈）和标签芯片组成。电子标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统（SoC）。从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，阅读器是根据电子标签的设计而设计的。

　　电子标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式和被动式两种。主动式标签主动向阅读器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源电子标签；被动式标签不带电池，又称为无源电子标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。无源电子标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后，将部分电磁能量转化为供自己工作的能量。

　　一般来说，有源电子标签具有更远的通信距离，但其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。无源电子标签具有价格低的优势，尽管其工作距离和存储容量受到能量的限制，但有巨大的市场潜力，是目前业界研发的热点。

　　无源电子标签芯片主要包括3个部分：模拟电路、数字控制和电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）模块。其中，模拟电路模块又包括电源产生电路、调制解调电路等。

　　1 超高频无源电子标签芯片模拟电路的设计要求

　　超高频（UHF）无源电子标签芯片是基于ISO/IEC 18000-6C标准而设计的［1］，ISO/IEC 18000-6C标准是继ISO/IEC 18000-6A、ISO/IEC 18000-6B标准之后的新标准，它对前两种标准的协议特点进行了一系列有效的修正与扩充。其中物理层数据编码、调制方式、防碰撞算法等一些关键技术有了改进，使得ISO/IEC18000-6C的性能比ISO/IEC 18000-6A、ISO/IEC 18000-6B有了很大的提高。

　　在标签设计时，标签芯片的模拟电路部分必须要与标准中规定的空中接口参数相一致，其主要参数规格如表1所示。

　　

　　表1中的参数主要是按照ISO/IEC 18000-6C标准选择，其中标签射频输入功率的计算过程如下。

　　由电磁场理论可知标签天线处的电磁场能量密度：S =P /Ae =P /［λ2/（4π）］=4πP /λ2=1/2·E 2/η，其中S是标签天线处的电磁场能量密度，P是标签天线接收到的能量，Ae是标签天线的等效接收面积，λ是阅读器发射电磁波的波长，E是标签天线处的电场强度，η是空气的波阻抗。

　　进而推导出标签天线处的电场强度为：

　　当采用半波对称阵子当作标签天线时，每个阵子长度为λ/4，所以标签天线上的感应电压为：U =E·d =，其中d为单个阵子的长度。

　　由电荷泵电路可知，电荷泵输入端的电压必须大于等于0.8 V时才能开启整个电荷泵电路进行充电。因此U≥0.8 V，也即：≥0.8，把空气的波阻抗η=120·π带入可求得P≥1.1 mW。也即射频输入功率至少为1.1 mW才能使标签正常工作。