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无源UHF RFID标签芯片电源产生电路研究

无源UHF RFID标签芯片电源产生电路研究

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作者：车雯心西安理工大学

学位级别：硕士

无源超高频射频识别(UHFRFID)是一种非接触的自动识别技术,该技术通过射频信号的空间耦合特性直接读取标签芯片的内部数据,从而实现多个标签信息的高效识别。RFID系统具有低成本、小体积和远距离识别等优势,在物流跟踪和身份识别等领域... 详细信息

无源超高频射频识别(UHFRFID)是一种非接触的自动识别技术,该技术通过射频信号的空间耦合特性直接读取标签芯片的内部数据,从而实现多个标签信息的高效识别。RFID系统具有低成本、小体积和远距离识别等优势,在物流跟踪和身份识别等领域被广泛应用。RFID技术的发展使得无源标签对读写距离的需求逐渐变高,电源系统作为整个无源标签芯片的能量源,不仅为芯片提供稳定的电源电压,还决定着RFID系统的识别距离与精度,因此标签芯片的电源模块成为当今RFID技术的研究热点之一。为了实现标签芯片的远距离识别,基于ISO18000-6C协议标准,设计了一款高能量转换效率、低功耗的无源UHF RFID标签芯片的电源系统,该系统包括整流电路、基准电路、稳压电路和限压电路。在整流电路中为实现高能量转换效率,对目前常见的几种整流结构进行能量转换效率对比,并选择能量转换效率最高的桥式栅交叉耦合结构实现倍压整流。针对低功耗的设计需求,采用亚阈值技术实现基准电路设计,并在传统亚阈值电路上进行改进,通过虚二极管连接的偏置结构增加一条负反馈环路,这有效地提高了基准电路的环路增益,同时基准输出具有良好的电源抑制比,可以抑制整流输出端存在的噪声。稳压电路采用LDO结构,其中误差放大器在折叠式共源共栅结构的基础上,部分晶体管采用低阈值晶体管,将其与对应的高阈值晶体管栅极相连,该结构不需要额外的偏置,减小了电路功耗。在整体电源系统的设计中,整流电路通过差分开关管交替打开来降低输出纹波。为防止芯片在近场区工作时出现高压情况,采用了限压电路来防止芯片功能受损。考虑带调制的输入射频信号,通过LDO低压差设计来提高电源系统的掉电裕度。基于UMC 0.11μm CMOS工艺完成了 UHF RFID标签芯片电源系统的电路设计与版图绘制,并进行后仿真验证。仿真结果表明:整流电路在输入射频幅度为0.58V时,实现了最大为67.7%的能量转换效率。基准电路的静态电流为559nA,稳压电路的静态电流为2.13μA。电源系统可以负载30μA电流,同时可以适应12.5μs无输入的调制信号,电源系统性能良好。

关键词：电源系统高能量转换效率低功耗亚阈值基准 LDO

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一种极低功耗高电源抑制比LDO的设计

一种极低功耗高电源抑制比LDO的设计

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作者：陈子玥华中科技大学

学位级别：硕士

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)是电源管理芯片中重要的一类。无片外电容型LDO凭借其易于集成、较好的线性调整率和负载调整率等优点,在模拟、射频和片上系统(System on Chip,So C)等电路系统中得到了广泛应用。然而,其... 详细信息

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)是电源管理芯片中重要的一类。无片外电容型LDO凭借其易于集成、较好的线性调整率和负载调整率等优点,在模拟、射频和片上系统(System on Chip,So C)等电路系统中得到了广泛应用。然而,其静态功耗较大、大负载时电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)较差等缺点,越来越难满足集成电路系统高能效和高性能的需求。因此,降低静态功耗、提高电源抑制比是当前LDO热点研究方向之一。本课题对CMOS工艺LDO进行了低功耗和高PSRR的研究和设计。为了降低LDO的静态功耗,采用自适应偏置技术和亚阈值电路设计技术,使误差放大器电路、基准电路和分压反馈网络的静态电流降到最小。另外,利用Native管产生亚阈值偏置电流,简化偏置电路的结构,使整体功耗进一步降低。为了提高LDO低频时的PSRR,采用预调压电路对内部的偏置电路和基准电路提供电源,避免输入电源纹波经误差放大器放大到功率管栅极,使LDO输出电压纹波减小。同时,电流镜自适应偏置电路可使误差放大器尾电流跟随负载电流的增加而线性增加,让LDO在全负载范围内都具有较高的环路增益,使LDO在低频时全负载范围内的PSRR得到提高。为了提高LDO电路的可靠性,设计了折返限流保护电路,使过流关断时的功耗损耗降低。本课题基于HHGrace 350 nm CMOS工艺和Cadence Spectre平台完成了所提出的LDO各模块电路的设计及仿真,整体电路的仿真,版图设计及后仿。仿真结果表明:LDO电路空载时的静态电流为604 n A@V=5 V,200 m A负载时的静态电流为6.13μA@V=5 V;低频时,环路增益为89 d B,PSRR为-69 d B;最大负载电流为300 m A,折返限流保护限定短路电流为90 m A。

关键词：低压差线性稳压器自适应偏置电路亚阈值基准预调压电路

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