无源超高频RFID应答器的设计

图2：Dickson电荷泵是UHFRFID整流器电路的一种可选结构，图中是Dickson电荷泵的工作原理图。

UHFRFID整流器电路的另一种可选结构是Dickson电荷泵(图2)，它主要用在非易失性存储器中，以产生EEPROM电路所需的高编程电压。因为大多数RFID芯片也包含非易失性存储器，所以设计工程师可以重用该电路拓扑，实现产生高电压的电路，从而节省开发时间。

Dickson结构的简化等式如式1。


其中，Vp,RF=输入RF信号幅度，Vf,D=二极管正向压降。

Dickson电荷泵几乎可用任何半导体器件来构磁环电感器建，但采用肖特基二极管和低阈值电压(VTH)MOSFET的设计具有最佳性能。Dickson电插件电感荷泵电路要求输入电压很小，设计工程师可以通过控制级数(N)来选择想要的输出电压和输入阻抗。但由于整流器件数量多，并存在泄漏电流和寄生参数，Dickson电荷泵的功率转换效率较低。

RFID应答器的调制器和解调器

RFID调制器将应答器数据发送到RFID询问器或读卡器。反向散射调制被专门用在UHFRFID系统中。EPCGen2协议定义了幅移键控(ASK)和相移键控(PSK)两个调制方案。在ASK调制方案中，两个阻抗状态(只改变纯电阻，开路或短路或等于两个非零电阻)在两个天线引脚之间互相切换。用户可以选择任何一个状态来表示逻辑1或0。在PSK调制方案中也有两个受控的阻抗状态，但只改变虚部值。为在两个虚部电抗值之间切换，设计工程师常常使用大MOSFET或带压敏电容的变容二极管。


图3：天线/RFID芯片连接的简单等效电路可用电抗与电阻并联来表示。

在UHFRFID芯片设计中，天线端的等效阻抗可用电抗与电阻并联来表示(图3)。假设天线具有最小散射，则反向散射功率由式2表示：


其中，PEIRP=有一体电感器效的全向辐射功率，RA=天线电阻，R=芯片电阻，Ae=有效的雷达截面(RCS)面积。

在ASK调制中，天线端的等效阻抗为实数(X>>R)，并在R1和R2之间对数据信号进行了调制。为使插件电感器两个状态具有一样的阻抗失配，选择R1×R2=R2A就足够了。此时，在这两个状态中从天线传送到负载的功率相等。假设R2>R1，为调制天线端的等效电阻，可以使用一个由数据信号驱动的开关，将电阻RMOD与应答器输入电阻(R2)并联，这样R1=R2||RMOD。当不接电阻RMOD时，从天线等效的电阻等于R2，从天线传送到负载的所有功率PIN2都可用来给应答器供电。当连接RMOD时，天线端的等效电阻等于R1，从天线传送到负载的功率PIN的一部分可以用来为发射应答器供电，其余功率消耗在电阻RMOD上。当PIN2等于PIN1时，R1=R2。因此，从设计角度看，在ASK机制中不可能为标签IC提供恒定功率。相应的等式为：


其中，PAV=平均功率，Ae=有效RCS面积。

在PSK调制方一体电感器案中，R=RA，这样应答器近似处于匹配状态，虚部分量X与数据信号进行调制。反向散射信号的相位信号θ由式4确定：


如果对X进行以零为中心的对称调制，则应答器的输入功率PIN在调制期间保持不变，由式5确定：

大多数PSK调制器允许用输入信号对输出电容进行调制。应答器中变化的电抗分量常常是容性的，因为这更节省IC面积，并能获得高Q值。与IC制造工艺中的感性元件相比，它的Q值很小，而且几乎不占面积。在应答器前端，当信号发生变化时，可采用匹配网络(感性元件)，以便与在调制器输出端等效的电容平均值发生谐振，因此：
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