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Design of an ultra-low-power digital processor for passive uhf rfid tags

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Journal of Semiconductors 2009年第4期30卷 86-89页

作者：施旺根庄奕琪李小明王向华靳钊王丹 Key Laboratory of the Ministry of Education for Wide Band-Gap Semiconductor Materials and Devices Institute of Microelectronics Xidian University

A new architecture of digital processors for passive uhf radio-frequency identification tags is proposed. This architecture is based on ISO/IEC 18000-6C and targeted at ultra-low power consumption. By applying methods like system-level power management, global clock gating and low voltage implementation, the total power of the design is reduced to a few microwatts. In addition, an innovative way for the design of a true RNG is presented, which contributes to both low power and secure data transaction. The digital processor is verified by an integrated FPGA platform and implemented by the Synopsys design kit for ASIC flows. The design fits different CMOS technologies and has been taped out using the 2P4M 0.35 μm process of Chartered Semiconductor.

关键词： uhf rfid ultra-low power power management TRNG

A Physical Layer Algorithm for Estimation of Number of Tags in uhf rfid Anti-Collision Design

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Computers, Materials & Continua 2019年第7期61卷 399-408页

作者： Zhong Huang Jian Su Guangjun Wen Wenxian Zheng Chu Chu Yijun Zhang Yibo Zhang School of Information and Communication Engineering University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu611731China Nanjing University of Information Science&Technology Nanjing210044China Shenzhen Intellifusion Technologies Co. Shenzhen518000China School of Foreign Languages University of Electronic Science and Technology of ChinaChengdu611731China Department of Mechanical Engineering University of British ColumbiaVancouverCanada

A priori knowledge of the number of tags is crucial for anti-collision protocols in slotted uhf rfid *** number of tags is used to decide optimal frame length in dynamic frame slotted ALOHA(DFSA)and to adjust access probability in random access *** researches estimate the number of tags in MAC layer based on statistics of empty slots,collided slots and successful ***,a collision detection algorithm is employed to determine types of time *** three types are distinguished because of lack of ability to detect the number of tags in single time *** this paper,a physical layer algorithm is proposed to detect the number of tags in a collided *** shift algorithm is utilized,and some properties of backscatter signals are *** results verify the effectiveness of the proposed solution in terms of low estimation error with a high SNR range,outperforming the existing MAC layer approaches.

关键词： uhf rfid anti-collision cluster algorithm

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uhf rfid自适应射频干扰对消技术

电讯技术 2022年第11期62卷 1650-1655页

作者：余旭宋国栋刘学观周鸣籁苏州大学电子信息学院江苏苏州215006

超高频(Ultra-high Frequency,uhf)射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)阅读器射频前端的自干扰信号会降低接收信噪比,造成标签的误读和漏读。针对目前有源干扰对消技术存在的抑制效果和实时性较差的缺点,在分析有源干扰对... 详细信息

超高频(Ultra-high Frequency,uhf)射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)阅读器射频前端的自干扰信号会降低接收信噪比,造成标签的误读和漏读。针对目前有源干扰对消技术存在的抑制效果和实时性较差的缺点,在分析有源干扰对消原理的基础上,提出了基于改进Powell搜索算法的自适应射频干扰对消方案。设计了有源对消电路,通过改进的Powell最优值搜索算法实现电路控制参数的自适应调节,使电路工作在最优的抑制状态。测试结果表明,在840~960 MHz的rfid频段内,达到了37 dB以上的抑制效果,从而使rfid阅读器收发端之间的隔离度提高至62 dB以上,最高可达到70 dB。电路上电的首次自动调节过程耗时大约为31.7 ms,之后的自适应过程可在3.9 ms左右完成参数调节。此电路可有效提高射频识别系统的识别正确率,为提升国产rfid读写器芯片的整体性能提供了新的技术方案。

关键词： uhf rfid 自干扰信号抵消有源干扰抵消电路 Powell搜索算法

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uhf rfid读写器系统的设计与实现

UHF RFID读写器系统的设计与实现

作者：张志栋西安电子科技大学

学位级别：硕士

无源超高频识别(uhf rfid)具有识别距离远、抗恶劣环境能力强、准确性高、存储量大、安全性高等特点,已广泛应用于生产、物流、交通、防伪等领域中,成为未来信息社会建设的一项基础技术。国内在超高频频段rfid芯片设计方面发展较晚,芯... 详细信息

无源超高频识别(uhf rfid)具有识别距离远、抗恶劣环境能力强、准确性高、存储量大、安全性高等特点,已广泛应用于生产、物流、交通、防伪等领域中,成为未来信息社会建设的一项基础技术。国内在超高频频段rfid芯片设计方面发展较晚,芯片市场几乎被国外企业垄断。本文致力于开发具有自主知识产权的高性能uhf rfid读写器芯片,采用ISO/IEC18000-6C/Gen 2协议规范,设计了基带板级电路,通过射频芯片搭建起的射频电路,共同实现了完整阅读器系统。在数字基带设计方面,设计了完整的uhf rfid读写器数字基带框架,在数字基带发射链路中对核心电路升余弦滤波器和希尔伯特滤波器进行了设计,提出了将PIE编码和升余弦滤波器结合起来的设计思路。在数字基带发射链路电路中提出了基于高频采样的时钟同步电路。经过电路仿真,发射链路中升余弦滤波器和希尔伯特滤波器较好地完成了合成单边带信号的功能,接收链路在电路发射频率偏移+/-22%的范围内可以正确采样和解码。在读写器硬件平台设计时,数字基带采用高性能的Xilinx Virtex-5XC5VLX110T FPGA芯片,控制部分采用STM32F103VCT6作为主控芯片,分别论证和设计了FPGA工作的核心电路、MCU控制模块电路、AD和DA电路、电源模块电路以及射频及模拟前端电路,完成整个读写器硬件平台设计。在协议处理和控制部分,详细分析了6C协议中读写器对标签完成选择、盘存和访问操作的状态变化,建立起完整的通信过程状态转移图。在此基础上,以模块化的编程思想,采用有限状态机的软件模型,根据协议的状态转移图完成了控制部分的程序设计,实现了对读写器访问标签的控制。通过测试,该读写器系统的数字基带上变频后的频谱和发射信号的频谱图符合6C协议的发射模板要求。该读写器系统的数字基带接收链路经过信道滤波、时钟同步、解码和CRC校验等电路模块后可以成功通过CRC校验,误帧率为0.05%以下。对整个阅读写器发射和接收链路测试,读写器可以完成完整的rfid系统的盘存周期,成功接收到标签的EPC数据并完成CRC校验,验证了本文读写器基带功能和整个rfid系统架构的可行性。

关键词： uhf rfid 读写器高频采样 ISO/IEC18000-6C

uhf rfid读写器芯片发送链路数字基带电路设计

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UHF RFID读写器芯片发送链路数字基带电路设计

作者：刘颜电子科技大学

学位级别：硕士

作为物联网领域四大关键技术之一的射频识别(rfid:Radio Frequency Identification)技术近年来得到了飞速发展。rfid技术是利用无线电波在空间中实现非接触式的信息传递,并达到通信和身份识别目的的技术。在rfid技术中,读写器芯片和标... 详细信息

作为物联网领域四大关键技术之一的射频识别(rfid:Radio Frequency Identification)技术近年来得到了飞速发展。rfid技术是利用无线电波在空间中实现非接触式的信息传递,并达到通信和身份识别目的的技术。在rfid技术中,读写器芯片和标签芯片的研究是两个关键技术分支,国内在uhf频段的rfid标签芯片技术已经得到了蓬勃的发展,不过对应的读写器芯片的研究相对较少。本文参考已经商用的R2000读写器芯片的数字基带电路结构,介绍了基于ISO/IEC 18000-6C协议的uhf rfid读写器芯片发送链路数字基带电路的设计。本文完成了uhf rfid读写器芯片发送链路数字基带电路的方案设计以及各个关键模块理论推导和电路实现。本文主要内容及成果如下:1、介绍了读写器芯片的国内外发展现状,对uhf频段的主流rfid标准进行了介绍和比较,详细分析了ISO/IEC18000-6C协议。2、根据发送链路数字基带电路的设计要求和指标,完成了发送链路数字基带电路的整体结构和方案设计。根据已经选定的整体结构,详细介绍了每个子模块的最优算法并且确定其硬件电路。3、对滤波器的设计进行了详细的理论分析和推导,对滤波器的数字实现进行了相应的优化,以减小滤波器模块的功耗和面积。4、提出了一种实现频率校正的方法,对该方法的原理以及设计方案都进行了详细介绍,该方法具有电路结构简单、面积小、功耗低等优点。5、对各个关键电路都进行了功能仿真,完成了整个发送链路数字基带电路的系统级仿真和FPGA原型验证,给出了仿真验证结果,并对结果进行了分析。6、完成了发送链路数字基带电路的DC综合和静态时序分析,给出了综合后的仿真结果和静态时序分析报告。简单介绍了物理设计流程,给出了物理设计版图和后仿结果。

关键词： uhf rfid 读写器芯片发送链路数字基带电路

uhf rfid接收机前端射频电路的设计与研究

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UHF RFID接收机前端射频电路的设计与研究

作者：高申俊南京邮电大学

学位级别：硕士

射频识别（rfid）技术是一种无接触的自动识别技术，其可以通过射频信号识别特定目标并对其读写相关数据。其中超高频（uhf） rfid具有识别距离远，阅读速度快，且能适应多标签识别等优点，因此，uhf rfid阅读器得到广泛的应用;而uhf R... 详细信息

射频识别（rfid）技术是一种无接触的自动识别技术，其可以通过射频信号识别特定目标并对其读写相关数据。其中超高频（uhf） rfid具有识别距离远，阅读速度快，且能适应多标签识别等优点，因此，uhf rfid阅读器得到广泛的应用;而uhf rfid接收机射频前端电路技术作为uhf rfid阅读器关键技术是目前研究的难点及热点。本文在对目前接收机射频前端电路所面临的挑战进行剖析的基础上提出了一种双模式射频前端电路结构，在对经典的uhf rfid接收机系统结构进行分析比较后，确定了该结构对应的系统架构为直接变换接收机结构。采用标准0.18μm RF CMOS工艺，针对所提出双模射频前端电路结构，分别设计了双模低噪声放大器（LNA）、直接下变频混频器，以及实现了两者的级联，并分别对其进行了仿真分析、版图设计以及后仿真，最后流片测试。双模式LNA可以满足侦听模式和阅读模式对接收机不同的需求。该低噪声放大器通过一种开关可控双模偏置电路，可使其在高增益与高线性度两种模式间进行自由切换;运用复制型偏置技术，抑制PVT变化对电路的影响;采用共模反馈技术和交叉耦合电容技术改善其线性度及噪声性能。芯片测试结果表明，高增益模式下，增益为9dB，噪声系数为3.56dB，1dB压缩点为-10dBm;高线性度模式下，增益为4dB，噪声系数为5.5dB，1dB压缩点为-3.5dBm，达到预期设计要求。高线性度直接下变频混频器采用带交叉耦合电容的共栅晶体管对作为跨导增益级，来同时获得高线性度、高增益以及低噪声系数;采用动态电流注入结构开关级，来减小闪烁噪声;采用复制型偏置电路技术，提高抗PVT变化的能力。仿真结果表明，在各种PVT变化条件下，转换增益高于4.5dB，噪声系数优于15dB，1dB压缩点大于-0.35dBm。双模式LNA与高线性度下变频混频器级联方式采用电容交流耦合的方式，双模LNA采用阻抗较高的PMOS管作为输出负载，与高输入阻抗的混频器跨导级形成级联阻抗匹配结构。出于节省面积的考虑， LNA与混频器之间采用一对电容作为匹配与隔离电容。通过级联后对电路的仿真结果表明，本文所设计的前端射频电路基本满足系统设计要求。

关键词： uhf rfid 直接变换接收机双模式LNA 高线性度混频器复制型偏置电路

uhf rfid系统的数字基带SoC芯片设计

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UHF RFID系统的数字基带SoC芯片设计

作者：王铭铭南京航空航天大学

学位级别：硕士

物联网（Internet of Things,IoT）是目前通信技术行业发展的重要趋势,为世界的信息产业带来了第三次信息浪潮。在物联网发展中,射频识别（Radio Frequency Identification,rfid）技术是发展的核心技术,rfid技术的市场需求和发展前景是... 详细信息

物联网（Internet of Things,IoT）是目前通信技术行业发展的重要趋势,为世界的信息产业带来了第三次信息浪潮。在物联网发展中,射频识别（Radio Frequency Identification,rfid）技术是发展的核心技术,rfid技术的市场需求和发展前景是不可估量的。在rfid技术中,核心部件是标签和阅读器,而运用SoC设计方法实现的单芯片系统该部件的主流实现方案。本文基于ISO/IEC 18000-6C协议,应用开源MC8051处理器,进行了uhf rfid系统的数字基带SoC芯片的开发。首先,通过分析协议要求,将系统划分为软件部分和硬件部分。然后,采取软硬件协同设计,进行了软件和硬件的开发。硬件部分采用Verilog硬件描述语言设计完成uhf rfid基带通信链路模块,并通过WISHBONE总线将其与MC8051互连;而软件部分是用C语言在Keil环境下开发了运行在MC8051中的代码,完成了协议中的部分规范,在软件设计中,系统运行采用函数产生随机数,会占用较大的内存,针对此问题,提出了用硬件实现随机数的解决方案,并对方案产生的随机数进行了随机性的实验验证。在Modelsim开发环境下,阅读器与标签实现了基带通信,并在Altera DE2-115 FPGA开发板上完成了阅读器发送系统的验证。

关键词： uhf rfid MC8051 ISO/IEC18000-6C 阅读器系统标签系统数字基带

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uhf rfid的SOPC设计

UHF RFID的SOPC设计

作者：赵明辉电子科技大学

学位级别：硕士

射频识别技术(rfid)是一种非接触式自动识别技术。具有人工干预低、识别速率高、环境适应性强和识别距离远等优点。近年来在世界范围内已经广泛应用,其中低频和高频段rfid技术已经比较成熟。超高频段(uhf)伴随着ISO/IEC 18000-6C标准协... 详细信息

射频识别技术(rfid)是一种非接触式自动识别技术。具有人工干预低、识别速率高、环境适应性强和识别距离远等优点。近年来在世界范围内已经广泛应用,其中低频和高频段rfid技术已经比较成熟。超高频段(uhf)伴随着ISO/IEC 18000-6C标准协议的提出和不断完善,其标签、读写器及中间件开发成为各国研究的重点和热点。uhf rfid技术在生产管理与控制、物流与供应管理、交通管理与控制等方面发挥重要的作用。根据协议特点,本设计没有采用传统的ARM处理器作为主控制器,而是充分利用可编程逻辑器件优点,采用Altera公司提出的SOPC解决方案,即用户自定义外设,配置NiosⅡ软核处理器性能。本文从基带信号处理,到协议命令设计和操作系统移植,再到SOPC硬件平台搭建及测试,进行了详细的研究和设计。完成了一款基于FPGA的uhf读写器的基带部分和控制部分的设计。主要工作如下:1.提出以FPGA为控制核心的总体设计方案,阐述了SOPC软、硬件开发流程。2.设计了读写器基带信号处理电路。完成了脉冲间隔(PIE)编码电路、双相间隔(FM0)解码电路和CRC校验电路的设计。3.配置自定义外设,并添加了自定义CRC指令。4.分析了18000-6C协议中读写器与标签的会话过程,完成了相关协议的软件设计。在NiosⅡ系统中移植了μClinux操作系统。5.完成SOPC硬件开发平台搭建,包括各存储器,外设接口电路和电源电路的设计。6.配置NiosⅡ系统,并与射频前端进行了联调及测试。

关键词： NiosⅡ uhf rfid SOPC μClinux

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uhf rfid标签反射特性的研究与测试

UHF RFID标签反射特性的研究与测试

作者：李帅上海大学

学位级别：硕士

超高频射频识别(uhf rfid,Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)是国际上先进的第四代自动识别技术,uhf rfid标签具有识别准确率高、识别速度快、识别距离远等优点。在物联网和智慧城市的建设中,uhf rfid作为识别技术... 详细信息

超高频射频识别(uhf rfid,Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)是国际上先进的第四代自动识别技术,uhf rfid标签具有识别准确率高、识别速度快、识别距离远等优点。在物联网和智慧城市的建设中,uhf rfid作为识别技术的核心已经得到了广泛的应用。但是,如果标签粘贴在介电常数很大的介质表面,或密集标签的集中使用,标签的读取性能会受到很大的影响,因此研究不同介质以及密集标签情况下标签读取性能对uhf rfid的应用和推广具有重大意义。为此本文开展以下几个方面的研究工作:综述了uhf rfid反射特性研究和测试的背景、意义以及国内外的研究现状,分析了目前已有的测试方法及其优缺点,根据uhf rfid的工作原理和电路模型给出了标签测试的原理与方法。给出了非接触式测试平台的设计框图,说明了各个部分的原理和作用,用硬件实现了该测试平台。分析和评估了标签反射信号的数值大小,分析了捕获标签物理层反射信号的困难及其原因。定量计算了检测天线的前后比和位置对接收到阅读器信号与标签反射信号大小的影响,证明了捕获标签反射信号的可行性,并最终设计了捕获标签反射信号的装置。对捕获到的信号进行协议分析表明,信号的信息与标签信息相一致。推导了标签粘贴在不同介质表面时,标签频率响应特性的变化趋势及其原因,通过仿真和实验证实了介质对标签频率特性影响的规律,并就天线设计和标签应用方面给出了一些减小介质影响的方法。通过仿真和测试,得出了标签间隔、形状对标签增益和功率传输系数的影响,阐述了标签在密集布放的情况下读取率下降的原因,通过特殊的天线设计,给出了提高密集布放标签读取率的方法。本文的研究成果支持了多标签rfid系统关键技术研究及开发项目的研究工作。

关键词： uhf rfid 测试平台反射特性介质密集布放