超高频RFID读写器接收前端电路的研究与设计

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射频识别(RFID)技术是一种广泛应用的非接触式自动识别技术。随着RFID标签的尺寸越来越小,成本越来越低,RFID将取代条形码被应用于各种领域中,例如:供应链管理、采购、身份识别等。与近场通信的RFID系统相比,超高频RFID(UHF RFID)系统具有更远的通信距离和更快的数据传输速率。因此,UHFRFID已成为RFID技术发展的新趋势。  读写器是UHF RFID系统中重要的组成部分。当前,各种读写器接收机射频前端电路的灵敏度、线性度和集成度都存在不足,需要进一步优化。针对这种情况,本文以读写器接收机前端电路为研究对象,对前端电路的拓扑结构、低噪声放大器(LNA)和下混频器作了详细的分析和研究,主要研究内容有:  (1)提出了一种增益可控制的宽带LNA。该LNA结合了共源共栅结构和电压并联负反馈结构。这两种结构使LNA获得了很好的宽带性能。此外,该LNA采用了开关增益控制技术。在监听模式下,LNA具有高增益;在谈话模式下,LNA具有低增益,从而避免了干扰信号造成接收机饱和。仿真结果显示:在860MHz~960MHz的频率范围内,LNA的输入匹配为-16.97dB,噪声系数(NF)为3.2dB,三阶交调截点ⅡP3为9.26dBm。  (2)提出了一种高线性度、低噪声的有源下混频器。该混频器基于传统的吉尔伯特双平衡有源混频器结构,采用了改进型的多栅晶体管(MGTR)技术和电流复用注入技术。其中,改进型的MGTR技术可以使混频器获得稳定的高线性度;电流复用注入技术则可以降低混频器的闪烁噪声,还能提高增益和隔离度。仿真结果显示:该混频器的转换增益为19.3dB,NF为8.02dB,ⅡP3为8.86dBm。  (3)提出了一种全集成、各性能指标均衡的UHF RFID读写器接收机前端电路。该前端电路由设计的LNA和下混频器构成。它能消除大功率载波干扰信号,并能满足ISO/IEC18000-6 Type B/C两种协议的要求。在Chartered0.18μmCMOS工艺下,采用Cadence软件对前端电路进行了仿真,结果显示:在监听模式下,前端电路的增益为25dB,NF为5.29dB,ⅡP3为3.37dBm,灵敏度为-97.5dBm;在谈话模式下,增益为19.3dB,NF为9.8dB,ⅡP3为8.86dBm,灵敏度为-94dBm。整个前端电路的版图面积为1.5mm2。在1.8V的电压下,电路的功耗为14mW。
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