Anailís dearadh ciorcaid ar chlibeanna RFID éighníomhacha UHF

Mar gheall ar a mhinicíocht oibriúcháin ard, achar fada léite-scríofa, gan aon soláthar cumhachta seachtrach, agus costas déantúsaíochta íseal, tá clibeanna RFID éighníomhacha UHF anois ar cheann de na príomhthreoracha i dtaighde RFID agus féadfaidh siad a bheith ina dtáirgí príomhshrutha i réimse an RFID go luath amach anseo. .

Is éard atá i gClib RFID éighníomhach UHF iomlán ná antenna agus sliseanna clib. Ina measc, cuimsíonn an sliseanna clib go ginearálta na codanna seo a leanas den chiorcad: ciorcad aisghabhála cumhachta, ciorcad cobhsaithe voltas soláthair cumhachta, ciorcad modhnú backscatter, ciorcad demodulation, eastóscadh clog / ciorcad giniúna, ciorcad giniúna comhartha tosaigh, ciorcad giniúna foinse tagartha, aonad rialaithe , cuimhne. Díorthaítear an fuinneamh atá ag teastáil chun an sliseanna clib RFID éighníomhach a bheith ag obair go hiomlán ó fhuinneamh na tonnta leictreamaighnéadacha a ghineann an léitheoir cárta. Mar sin, ní mór don chiorcad aisghabhála cumhachta an comhartha UHF a tharlódh ón antenna chlib a thiontú isteach sa voltas DC a theastaíonn chun go n-oibreoidh an sliseanna. fuinneamh a sholáthar.

Ós rud é go bhfuil an timpeallacht leictreamaighnéadach ina bhfuil clibeanna RFID suite an-chasta, is féidir le cumhacht an chomhartha ionchuir na céadta nó fiú na mílte uaireanta a athrú. Dá bhrí sin, chun go n-oibreoidh an sliseanna de ghnáth i láidreachtaí réimse éagsúla, ní mór ciorcad cobhsaíochta voltas soláthair cumhachta iontaofa a dhearadh. . Is é an ciorcad modhnú agus dímodulation an príomhchiorcad don chumarsáid idir an chlib agus an léitheoir cárta. Faoi láthair, úsáideann an chuid is mó de na clibeanna UHF RFID modhnú ASK. Is ciorcad digiteach é an t-aonad rialaithe de chlib RFID a phróiseálann treoracha. D'fhonn an ciorcad digiteach a athshocrú i gceart tar éis don chlib dul isteach i réimse an léitheora cárta, mar fhreagra ar threoracha an léitheora cárta, ní mór ciorcad giniúna comhartha tosaithe iontaofa a dhearadh chun comhartha athshocraithe a sholáthar don aonad digiteach.

ciorcad aisghabháil cumhachta

Tiontaíonn an ciorcad aisghabhála cumhachta an comhartha UHF a fhaigheann antenna chlib RFID isteach i voltas DC trí cheartú agus treisiú chun fuinneamh a sholáthar don sliseanna a bheith ag obair. Tá go leor cumraíochtaí ciorcaid féideartha ann do chiorcaid aisghabhála cumhachta. Mar a thaispeántar san fhigiúr tá roinnt ciorcaid aisghabhála cumhachta a úsáidtear go coitianta faoi láthair.

Sna ciorcaid aisghabhála cumhachta seo, níl aon struchtúr ciorcad is fearr, agus tá a buntáistí agus a míbhuntáistí féin ag gach ciorcad. Faoi choinníollacha ualaigh éagsúla, coinníollacha voltais ionchuir éagsúla, riachtanais éagsúla voltais aschuir agus coinníollacha próisis atá ar fáil, is gá ciorcaid éagsúla a roghnú chun an fheidhmíocht is fearr a bhaint amach. Úsáideann an ciorcad dé-óid dé-óid ilchéime a thaispeántar i bhFíor 2(a) go ginearálta dé-óid bacainn Schottky. Tá na buntáistí a bhaineann le héifeachtacht dúbailt ardvoltais agus aimplitiúid comhartha ionchuir beag, agus úsáidtear go forleathan é. Mar sin féin, ní sholáthraíonn próiseas coitianta CMOS an teilgcheárta ginearálta dé-óid bhacainn Schottky, rud a chuirfidh trioblóide ar an dearthóir i roghnú an phróisis. Cuireann Fíor 2(b) feadán PMOS atá ceangailte i bhfoirm dé-óid in ionad an dé-óid Schottky, rud a sheachnaíonn riachtanais speisialta an phróisis. Tá aimplitiúid comhartha ionchuir níos airde ag teastáil ón gciorcad dúbailt voltais leis an struchtúr seo, agus tá éifeachtacht dúbailt voltais níos fearr aige nuair a bhíonn an voltas aschuir níos airde. Is ciorcad ceartaitheoir lántonn dé-óid traidisiúnta é Fíor 2(c). I gcomparáid le ciorcad dúbailte voltais Dickson, tá an éifeacht dúbailte voltas níos fearr, ach tugtar isteach níos mó eilimintí dé-óid, agus tá an éifeachtacht chomhshó cumhachta beagán níos ísle go ginearálta ná ciorcad dúbailte voltas Dickson. Ina theannta sin, toisc go bhfuil a chríochfort ionchuir antenna scartha ón talamh sliseanna, is struchtúr iomlán siméadrach é le toilleoir blocála DC nuair a bhreathnaítear air ón teirminéal ionchuir antenna go dtí an sliseanna, rud a sheachnaíonn an tionchar frithpháirteach idir an talamh sliseanna agus an t-antenna, agus oiriúnach le húsáid le antennas siméadrach (cosúil le fiú antenna cuaille) ceangailte. Is é Fíor 2(d) an tuaslagán feadáin CMOS den chiorcad ceartúcháin lántonn atá molta ag go leor litríochta. I gcás na teicneolaíochta teoranta, is féidir éifeachtacht chomhshó cumhachta níos fearr a fháil, agus tá na ceanglais maidir le aimplitiúid an chomhartha ionchuir sách íseal.

I gcur i bhfeidhm clibeanna RFID UHF éighníomhacha ginearálta, mar gheall ar chúrsaí costais, táthar ag súil go bhfuil an ciorcad sliseanna oiriúnach chun gnáth-theicneolaíocht CMOS a mhonarú. Cuireann ceanglas na léitheoireachta agus na scríbhneoireachta fad-achair ceanglais níos airde ar aghaidh maidir le héifeachtúlacht chomhshó cumhachta an chuaird aisghabhála cumhachta. Ar an gcúis seo, úsáideann go leor dearthóirí teicneolaíocht CMOS caighdeánach chun dé-óid bhacainn Schottky a bhaint amach, ionas gur féidir struchtúr ciorcad dúbailte ilchéime Dickson a úsáid go áisiúil chun feidhmíocht chomhshó cumhachta a fheabhsú. Léaráid scéimreach é Fíor 3 de struchtúr dé-óid Schottky a mhonaraítear trí phróiseas coiteann CMOS. Sa dearadh, is féidir dé-óid Schottky a tháirgeadh gan an prcéimeanna ocess agus rialacha giniúna masc, agus gan ach gá a dhéanamh ar roinnt modhnuithe ar an leagan amach.

Leagan amach roinnt dé-óid Schottky deartha faoi phróiseas UMC 0.18um CMOS. Taispeántar a gcuar tástála tréith DC i bhFíor 5. Is féidir a fheiceáil ó thorthaí tástála na saintréithe DC go bhfuil tréithe dé-óid tipiciúil ag an dé-óid Schottky a mhonaraigh an próiseas caighdeánach CMOS, agus nach bhfuil an voltas cas-ar ach thart ar 0.2V, atá an-oiriúnach le haghaidh clibeanna RFID.

Ciorcad rialtóir cumhachta

Nuair a bhíonn an aimplitiúid comhartha ionchuir ard, ní mór don chiorcad cobhsaíochta voltas soláthair cumhachta a bheith in ann a chinntiú nach sáraíonn an voltas soláthair cumhachta DC aschuir an voltas uasta is féidir leis an sliseanna a sheasamh; ag an am céanna, nuair a bhíonn an comhartha ionchuir beag, ba cheart go mbeadh an chumhacht a chaitear ag an gciorcad cobhsaithe voltais chomh beag agus is féidir. Chun tomhaltas cumhachta iomlán an sliseanna a laghdú.

Ó thaobh phrionsabal na rialála voltais, is féidir struchtúr an chuaird rialacháin voltais a roinnt ina dhá chineál: ciorcad rialacháin voltas comhthreomhar agus ciorcad rialacháin voltais sraithe.

I sliseanna clib RFID, ní mór go mbeadh toilleoir stórála fuinnimh le luach toilleas mór chun go leor muirear a stóráil don chlib chun an comhartha modhnú a fháil, agus is féidir leis an bhfuinneamh ionchuir a bheith fós i láthair na huaire nuair a bhíonn an fuinneamh ionchuir beag (mar sin mar an nóiméad nuair nach bhfuil aon iompróir i modhnú OOK). , a choimeád ar bun ar an voltas soláthair cumhachta an sliseanna. Má tá an fuinneamh ionchuir ró-ard agus go n-ardóidh an voltas soláthair cumhachta go leibhéal áirithe, déanfaidh an braiteoir voltas sa chiorcad cobhsaithe voltais an fhoinse sceite a rialú chun an muirear breise a scaoileadh ar an toilleoir stórála fuinnimh, ionas go mbainfear amach an cuspóir voltas. chobhsú. Tá Fíor 7 ar cheann de na ciorcaid rialtóir voltais comhthreomhar. Cruthaíonn dé-óid nasctha trí shraith D1, D2, D3 agus friotóir R1 braiteoir voltais chun voltas geata an tséidire M1 a rialú. Nuair a sháraíonn an voltas soláthair cumhachta suim na voltais cas ar na trí dé-óid, ardaíonn an voltas geata M1, cuirtear M1 ar siúl, agus tosaíonn sé an toilleoir stórála fuinnimh C1 a urscaoileadh.

Is é prionsabal ciorcad cobhsaíochta de chineál eile ná scéim chobhsaithe voltais sraithe a úsáid. Taispeántar a léaráid scéimeach i bhFíor 8. Tá an fhoinse voltais tagartha deartha mar fhoinse tagartha atá neamhspleách ar an voltas soláthair. Tá an voltas soláthair cumhachta aschuir roinnte ag an bhfriotóir agus i gcomparáid leis an voltas tagartha, agus déantar an difríocht a aimpliú ag an aimplitheoir oibriúcháin chun acmhainneacht geata an fheadáin M1 a rialú, ionas go mbeidh an voltas aschuir agus an fhoinse tagartha go bunúsach mar an gcéanna cobhsaí. stáit.

Is féidir leis an gciorcad rialtóir voltais sraith seo voltas soláthair cumhachta níos cruinne a aschur, ach toisc go bhfuil an feadán M1 ceangailte i sraith idir an soláthar cumhachta neamhrialaithe agus an soláthar cumhachta rialaithe, nuair a bhíonn an t-ualach reatha mór, beidh an titim voltas ar an bhfeadán M1 ina chúis le voltas níos airde. caillteanas cumhachta. Dá bhrí sin, cuirtear an struchtúr ciorcad seo i bhfeidhm go ginearálta ar chiorcaid chlib le níos lú tomhaltas cumhachta.

Ciorcad modhnú agus demodulation

a. Ciorcad demodulation

Ar mhaithe leis an limistéar sliseanna agus tomhaltas cumhachta a laghdú, glacann an chuid is mó de na clibeanna RFID éighníomhacha modhnú ASK faoi láthair. Maidir le ciorcad demodulation ASK den sliseanna clib, is é an modh demodulation a úsáidtear go coitianta an modh braite clúdaigh, mar a thaispeántar i FIG. 9 .

Tá ciorcad dúbailte voltas an chuid braite clúdaigh agus an chuid aisghabhála cumhachta go bunúsach mar an gcéanna, ach ní gá sruth ualach mór a sholáthar. Tá foinse reatha sceitheadh ceangailte go comhthreomhar ag an gcéim dheireanach den chiorcad braite clúdaigh. Nuair a bhíonn an comhartha ionchuir modhnaithe, laghdaítear an fuinneamh ionchuir, agus laghdaíonn an fhoinse sceite voltas aschuir an chlúdaigh, ionas gur féidir leis an gciorcad comparáideach ina dhiaidh sin an comhartha modhnú a mheas. Mar gheall ar raon mór éagsúlachta fuinnimh an chomhartha RF ionchuir, ní mór sruth na foinse sceite a choigeartú go dinimiciúil chun oiriúnú d'athruithe láidreachtaí réimse éagsúla sa réimse gar agus i bhfad i gcéin. Mar shampla, má tá sruth an tsoláthair chumhachta sceitheadh beag, féadfaidh sé freastal ar riachtanais an chomparáideora nuair a bhíonn neart an réimse lag, ach nuair a bhíonn an chlib sa réimse in aice le neart láidir réimse, ní bheidh an sceitheadh reatha leor. chun an comhartha braite a dhéanamh Má tá athrú mór ar aimplitiúid, ní féidir leis an gcomparadóir iarchéime oibriú de ghnáth. Chun an fhadhb seo a réiteach, is féidir glacadh leis an struchtúr foinse sceite mar a thaispeántar i bhFíor 10.

Nuair nach bhfuil an t-iompróir ionchuir modhnaithe, tá acmhainneacht geata an fheadáin bleeder M1 mar an gcéanna leis an bpoitéinseal draein, a fhoirmíonn feadán NMOS atá ceangailte le dé-óid, a chlaonann an t-aschur clúdaigh in aice leis an voltas tairseach M1. ThTá an chumhacht a chaitear ar M1 cothromaithe; nuair a dhéantar an t-iompróir ionchuir a mhodhnú, laghdaítear fuinneamh ionchuir an sliseanna, agus ag an am seo mar gheall ar ghníomh an chiorcaid mhoillithe R1 agus C1, tá an poitéinseal geata M1 fós ag an leibhéal bunaidh, agus sceitheadh M1 Tá an scaoileadh reatha gan athrú. , rud a fhágann go laghdaítear aimplitiúid an chomhartha aschuir clúdaigh go tapa; ar an gcaoi chéanna, tar éis an t-iompróir a athchóiriú, cuireann an mhoill ar R1 agus C1 an t-aschur clúdaigh ar ais go tapa chuig an ardleibhéal bunaidh. Ag baint úsáide as an struchtúr ciorcad seo, agus trí mhéid R1, C1 agus M1 a roghnú go réasúnta, is féidir na riachtanais demodulation faoi láidreachtaí réimse éagsúla a chomhlíonadh. Tá go leor roghanna ann freisin maidir leis an gciorcad comparáideach atá ceangailte taobh thiar den aschur clúdaigh, agus is iad na cinn a úsáidtear go coitianta ná comparadóir hysteresis agus aimplitheoir oibriúcháin.

b. Ciorcad modhnú

Go ginearálta glacann clibeanna éighníomhacha UHF RFID an modh modhnú backscattering, is é sin, trí impedance ionchuir an sliseanna a athrú chun an comhéifeacht machnaimh idir an sliseanna agus an t-antenna a athrú, ionas go mbainfear amach cuspóir an mhodhnaithe. Go ginearálta, déantar impedance an antenna agus impedance ionchuir an sliseanna a dhearadh ionas go mbeidh sé gar don chluiche cumhachta nuair nach bhfuil sé modhnaithe, agus déantar an comhéifeacht machnaimh a mhéadú nuair a bhíonn sé modhnaithe. Is é an modh backscattering a úsáidtear go coitianta ná toilleoir a nascadh le lasc go comhthreomhar idir dhá chríoch ionchuir an antenna, mar a thaispeántar i bhFíor 11, déanann an comhartha modhnú a chinneadh an bhfuil an toilleoir ceangailte le deireadh ionchuir an sliseanna trí rialú a dhéanamh ar an lasc. , rud a fhágann athrú ar impedance ionchuir an sliseanna.

tús ciorcad giniúna comhartha

Is é feidhm an chiorcaid ghiniúna comhartha athshocraithe tosaithe cumhachta sa chlib RFID ná comhartha athshocraithe a sholáthar d'obair tosaithe an chiorcaid dhigitigh tar éis don aisghabháil cumhachta a bheith críochnaithe. Caithfidh a dhearadh na saincheisteanna seo a leanas a mheas: Má ardaíonn an voltas soláthair cumhachta ró-fhada, beidh aimplitiúid ardleibhéil an chomhartha athshocraithe íseal, rud nach féidir freastal ar riachtanais athshocraithe ciorcad digiteach; tá an ciorcad giniúna comhartha tosaithe níos íogaire d'luaineachtaí cumhachta, is féidir mífheidhmiú a chur faoi deara; ní mór an tomhaltas cumhachta statach a bheith chomh híseal agus is féidir.

De ghnáth, tar éis don chlib éighníomhach RFID dul isteach sa réimse, tá an t-am chun an voltas soláthair cumhachta a ardú neamhchinnte agus féadfaidh sé a bheith an-fhada. Éilíonn sé seo an ciorcad giniúna comhartha tosaithe a dhearadh chun an comhartha tosaithe a ghiniúint i láthair na huaire a bhaineann leis an voltas soláthair cumhachta. Léiríonn Fíor 12 ciorcad giniúna comhartha tosaithe coitianta.

Is é an bunphrionsabal atá aige ná an brainse comhdhéanta de fhriotóir R0 agus trasraitheoir NMOS M1 a úsáid chun voltas réasúnta seasta a ghiniúint Va. Nuair a sháraíonn an voltas soláthair cumhachta vdd voltas tairseach an trasraitheora NMOS, fanann an voltas Va gan athrú go bunúsach. De réir mar a leanann vdd ag ardú, nuair a shroicheann voltas an tsoláthair chumhachta Va+|Vtp|, cuirtear an trasraitheoir PMOS M0 ar siúl chun Vb a ardú, agus roimhe sin, bhí Vb ag leibhéal íseal toisc go bhfuil M0 scoite. Is í an fhadhb is mó leis an gciorcad seo láithreacht diomailt cumhachta statach. Agus toisc go n-athraíonn voltas tairseach an trasraitheora MOS go mór leis an bpróiseas faoin bpróiseas CMOS, bíonn tionchar aige go héasca ar dhiall an phróisis. Dá bhrí sin, laghdóidh úsáid dé-óid acomhal pn chun an voltas tosaithe a ghiniúint go mór neamhchinnteacht an phróisis, mar a thaispeántar i FIG. 13 .

Nuair a ardaíonn VDD go dtí an voltas cas ar an dá dé-óid acomhal pn, tá geata an trasraitheora PMOS M0 comhionann leis an voltas soláthair cumhachta, agus tá an trasraitheoir PMOS múchta. Ag an am seo, tá an voltas ar an toilleoir C1 ag leibhéal íseal. Nuair a ardaíonn VDD os cionn an tairseach voltais dhá dé-óid, tosaíonn M0 ag seoladh, cé go bhfanann an voltas geata M1 gan athrú, níl aon athrú ar an sruth atá ag sreabhadh trí M1, agus méadaíonn an voltas ar an toilleoir C1 de réir a chéile. Nuair a ardaíonn sé go dtí an chéim droim ar ais Tar éis don fheiste smeach, gintear comhartha tosaithe. Mar sin, braitheann an t-am don chiorcad seo chun an comhartha tosaithe a ghiniúint ar cibé an sroicheann an voltas soláthair cumhachta voltas tairsí an dá dé-óid, a bhfuil ardchobhsaíocht aige, agus seachnaíonn sé comhartha tosaithe roimh am an chuaird tosaithe ginearálta nuair a ardaíonn an voltas soláthair cumhachta. ró-mhall. An fhadhb.

Má ardaíonn an voltas soláthair cumhachta ró-tapa, is ciorcad moille pas íseal é toilleas geata an fhriotóra R1 agus M0, rud a fhágann nach mbeidh an voltas geata M0 in ann coimeád suas go tapa leis an athrú ar an voltas soláthair cumhachta agus fanacht ag a. leibhéal íseal. Ag an am seo gearrfaidh M0 an toilleoir C1, rud a fhágann nach n-oibreoidh an ciorcad i gceart. Chun an fhadhb seo a réiteach, tugtar isteach toilleoir C5. Má ardaíonn an voltas soláthair cumhachta go tapa, is féidir le héifeacht cúplála an toilleora C5 acmhainneacht geata M0 a choinneáil i gcomhréir leis an voltas soláthair cumhachta, ag seachaint ttharla sé na fadhbanna thuasluaite.

Tá fadhb an tomhaltas cumhachta statach fós sa chiorcad seo, agus is féidir tionchar tomhaltas cumhachta statach a laghdú trí luach friotaíochta a mhéadú agus méid an fheadáin MOS a roghnú go réasúnta. Chun an fhadhb a bhaineann le tomhaltas cumhachta statach a réiteach go hiomlán, is gá ciorcad rialaithe aiseolais breise a dhearadh chun an chuid seo den chuaird a dhúnadh tar éis an comhartha tosaithe a ghiniúint. Mar sin féin, ní mór aird ar leith a thabhairt ar an éagobhsaíocht de bharr aiseolas a thabhairt isteach.

Baineann deacracht deartha na sliseanna UHF RFID éighníomhacha timpeall ar conas achar léitheoireachta agus scríbhneoireachta an tslis a mhéadú agus costas déantúsaíochta an chlib a laghdú. Dá bhrí sin, tá feabhas a chur ar éifeachtúlacht an chuaird aisghabhála cumhachta, tomhaltas cumhachta an sliseanna iomlán a laghdú, agus oibriú go hiontaofa fós ar na príomhdhúshláin i ndearadh sliseanna clib RFID.