تصميم دائرة الترددات اللاسلكية لشريحة إرسال واستقبال UHF RFID السلبية

تحديد الترددات الراديوية (radio Frequency idenlificaTInn، RFID) هي تقنية تحديد تلقائي ظهرت في التسعينيات. تتمتع تقنية RFID بالعديد من المزايا التي لا تتمتع بها تقنية الباركود، ولديها مجموعة واسعة من التطبيقات، والتي يمكن استخدامها في الجيل الثاني من المواطنة*، وبطاقة المدينة، والمعاملات المالية، وإدارة سلسلة التوريد، وما إلى ذلك، والتحكم في الوصول، وإدارة الأمتعة في المطارات، وسائل النقل العام، وتحديد الحاويات، وإدارة الثروة الحيوانية، وما إلى ذلك. لذلك، يصبح من المهم جدًا إتقان تكنولوجيا تصنيع رقائق RFID. في الوقت الحاضر، أدت متطلبات التطبيقات المتزايدة إلى طرح متطلبات أعلى لرقائق RFID، مما يتطلب سعة أكبر وتكلفة أقل وحجمًا أصغر ومعدل بيانات أعلى. وفقًا لهذا الموقف، تقترح هذه الورقة دائرة إرسال واستقبال UHF RFID سلبية لمسافات طويلة ومنخفضة الطاقة.

تشمل ترددات التشغيل الشائعة لـ RFID التردد المنخفض 125 كيلو هرتز، 134.2 كيلو هرتز، التردد العالي 13.56 ميجا هرتز، التردد العالي للغاية 860-930 ميجا هرتز، الميكروويف 2.45 جيجا هرتز، 5.8 جيجا هرتز، إلخ. لأن التردد المنخفض 125 كيلو هرتز، 134.2 كيلو هرتز، التردد العالي 13.56 ميجا هرتز يستخدم الملف كهوائي، ويعتمد طريقة الاقتران الحثي، ومسافة العمل قصيرة نسبيًا، ولا تزيد بشكل عام عن 1.2 متر، ويقتصر عرض النطاق الترددي على عدة كيلو هرتز في أوروبا ومناطق أخرى. لكن UHF (860～93Uh1 هرتز) والميكروويف (2.45 جيجا هرتز، 5.8 جيجا هرتز) يمكن أن يوفرا مسافة عمل أطول ومعدل بيانات أعلى وحجم هوائي أصغر، لذلك أصبح مجال بحث ساخن لـ RFID.

شريحة دائرة التردد اللاسلكي المقترحة في هذه الورقة عبارة عن شريط خارجي باستخدام عملية تشارترد 0.35 ميكرومتر 2P4M CMOS التي تدعم صمامات شوتكي الثنائية وذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائيًا (EEPROM). تتميز ثنائيات شوتكي بمقاومة متسلسلة منخفضة وجهد أمامي، ويمكن أن توفر كفاءة تحويل عالية عند تحويل طاقة إشارة دخل التردد اللاسلكي المستلمة إلى مصدر طاقة تيار مستمر، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة. عندما تكون الطاقة المشعة المتناحية الفعالة (EIRP) 4 وات (36 ديسيبل مللي متر) وكسب الهوائي 0 ديسيبل، تعمل شريحة دائرة التردد اللاسلكي عند 915 ميجا هرتز، وتكون مسافة القراءة أكبر من 3 أمتار، ويكون تيار التشغيل أقل من 8 ميكرو أمبير.

1 هيكل دائرة الترددات اللاسلكية

شريحة الإرسال والاستقبال UHF RF1D، والتي تتضمن بشكل أساسي دائرة تردد راديوي، ودائرة تحكم منطقية وEEPROM. من بينها، يمكن تقسيم جزء دائرة التردد الراديوي إلى وحدات الدائرة الرئيسية التالية: دائرة المذبذب المحلي ودائرة توليد الساعة، ودائرة إعادة ضبط التشغيل، ومصدر الجهد المرجعي، وشبكة المطابقة ودائرة الانتثار الخلفي، والمقوم، ومنظم الجهد وتعديل السعة ( AM ) مزيل التشكيل، وما إلى ذلك. لا توجد مكونات خارجية باستثناء الهوائي. يعتمد جزء الهوائي هيكل ثنائي القطب ويتوافق مع مقاومة دخل المقوم من خلال شبكة مطابقة كمصدر الطاقة الوحيد للرقاقة بأكملها. يظهر نموذجها المكافئ في الشكل 2. الجزء الحقيقي من ممانعة الهوائي ثنائي القطب يتكون من Rra وRloss، حيث Rra هي مقاومة الإشعاع للهوائي ثنائي القطب، وهي متأصلة في الهوائي ثنائي القطب، بشكل عام 73Ω، والتي تمثل قدرة الهوائي على إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية؛ Rloss المقاومة الأومية الناتجة عن المعدن المستخدم في صنع الهوائي تولد الحرارة فقط. يكون الجزء التخيلي X من ممانعة الهوائي موجبًا بشكل عام، لأن الهوائي حثي بشكل عام للخارج، وحجم هذا الحث المكافئ يعتمد عمومًا على طوبولوجيا الهوائي ومادة الركيزة. يقوم المقوم بتحويل قوة إشارة دخل التردد اللاسلكي المقترنة إلى جهد التيار المستمر الذي تتطلبه الشريحة. يقوم منظم الجهد بتثبيت جهد التيار المستمر عند مستوى معين ويحد من حجم جهد التيار المستمر لحماية الشريحة من الانهيار بسبب الجهد الزائد. يتم استخدام مزيل تشكيل AM لاستخراج إشارة البيانات المقابلة من إشارة الموجة الحاملة المستقبلة. تنقل دائرة التشتت الخلفي بيانات جهاز الإرسال والاستقبال إلى محقق RFID أو قارئ البطاقة عن طريق تغيير مقاومة دائرة التردد اللاسلكي من خلال سعة متغيرة. يتم استخدام دائرة إعادة ضبط التشغيل لتوليد إشارة إعادة ضبط الشريحة بأكملها. على عكس جهاز الإرسال والاستقبال عالي التردد (HF) بتردد 13.56 ميجا هرتز، لا يمكن لجهاز الإرسال والاستقبال UHF بتردد 915 ميجا هرتز الحصول على ساعة محلية عن طريق تقسيم التردد عن الموجة الحاملة، ولكن يمكنه فقط توفير ساعة لجزء الدائرة المنطقية الرقمية من خلال مذبذب محلي مدمج منخفض الطاقة . سيتم شرح جميع كتل الدوائر هذه بالتفصيل واحدًا تلو الآخر أدناه.

2 تصميم الدوائر وتحليلها

2.1 دوائر المعدل ومنظمات الجهد

في هذا البحث، تم استخدام مضخة شحن ديكسون المكونة من ثنائيات شوتكي كدائرة مقوم. يظهر الرسم التخطيطي للدائرة في الشكل 3. وذلك لأن الثنائيات شوتكي لديها مقاومة سلسلة منخفضة وسعة الوصلات، والتي يمكن أن توفر كفاءة تحويل عالية عند تحويل طاقة إشارة دخل التردد اللاسلكي المستلمة إلى مصدر طاقة تيار مستمر، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة. جميع الثنائيات شوتكي ع

يتم توصيلهما معًا بواسطة مكثفات بولي بولي. تقوم المكثفات الرأسية بشحن وتخزين الطاقة خلال نصف الدورة السالبة لجهد الدخل Vin، بينما تقوم المكثفات الجانبية بشحن وتخزين الطاقة خلال نصف الدورة الموجبة لجهد الدخل Vin لتوليد التيار المستمر. الجهد العالي، الجهد الناتج هو:

VDD=n·(Vp، RF-Vf، D)

حيث Vp، RF هو سعة إشارة التردد الراديوي المدخلة، Vf، D هو الجهد الأمامي لصمام ثنائي شوتكي، n هو عدد مراحل مضخة الشحن المستخدمة.

قم بتثبيت خرج جهد التيار المستمر بواسطة المقوم عند مستوى معين، وتوفير جهد عمل مستقر لشريحة المرسل المستجيب بأكملها لضمان عدم تغيير سعة جهد التيار المستمر بسبب الوضع المادي لشريحة المرسل المستجيب، وتجنب صدمات الشريحة المحتملة. ارتداء، وذلك لحماية شريحة جهاز إرسال واستقبال. تتبنى الدائرة بنية Cascnde ذاتية التحيز. السبب في اختيار هيكل الدائرة هذا هو أن هيكل Cascnde له تأثير العزل لأنبوب البوابة المشتركة، مما يجعله يتمتع بقدرة جيدة على قمع تقلبات الطاقة، وبالتالي تحسين نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR). لضمان الاستقرار الأساسي للتيارات الفرعية. نسبة مساحة Q1 وQ2 هي 1:8. بالإضافة إلى ذلك، على عكس أجهزة الإرسال والاستقبال HF RFID العامة، فقد اعتمدنا مصدرًا مرجعيًا منخفض الطاقة مع دائرة بدء تشغيل منخفضة الجهد في التصميم لتقليل استهلاك الطاقة الإجمالي للرقاقة.