被动反射式900MHz RFID 电路系统研究

Submitted by zhangdi (zhangdi@red.semi.ac.cn) on 2009-04-13T11:45:31Z

A Fully Integrated 900-MHz Passive RFID Transponder Front End With Novel Zero-Threshold RF-DC Rectifier

This paper presents a fully integrated CMOS analog front end for a passive 900-MHz radio-frequency identification (RFID) transponder. The power supply in this front end is generated from the received RF electromagnetic energy by using an RF-dc voltage rectifier. In order to improve the compatibility with standard CMOS technology, Schottky diodes in conventional RF-dc rectifiers are replaced by diode-connected MOS transistors with zero threshold. Meanwhile, theoretical analyses for the proposed rectifier are provided and verified by both simulation and measurement results. The design considerations of the pulsewidth-modulation (PWM) demodulator and the backscatter modulator in the front end are also discussed for low-power applications. The proposed front end is implemented in a 0.35-mu m 2P4M CMOS technology. The whole chip occupies a die area of 490 x 780 mu m(2) and consumes only 2.1 mu W in reading mode under a self-generated 1.5-V supply voltage. The measurement results show that the proposed rectifier can properly operate with a - 14.7-dBm input RF power at a power conversion efficiency of 13.0%. In the proposed RFID applications, this sensitivity corresponds to 10.88-m communication distance at 4-W equivalent isotropically radiated power from a reader base station.

A novel ultra low power temperature sensor for UHF RFID tag chip

A novel ultra low power temperature sensor for UHF RFID tag chip is presented. The sensor consists of a constant pulse generator, a temperature related oscillator, a counter and a bias. Conversion of temperature to digital output is fulfilled by counting the number of the clocks of the temperature related oscillator in a constant pulse period. The sensor uses time domain comparing, where high power consumption bandgap voltage references and traditional ADCs are not needed. The sensor is realized in a standard 0.18 mu m CMOS process, and the area is only 0.2mm(2). The accuracy of the temperature sensor is +/- 1 degrees C after calibration. The power consumption of the sensor is only 0.9 mu W.

A Novel Low-Power Digital Baseband Circuit for UHF RFID Tag with Sensors

A novel low-power digital baseband circuit for UHF RFID tag with sensors is presented in this paper. It proposes a novel baseband architecture and a new operating scheme to fulfill the sensor functions and to reduce power consumption. It is also compatible with the EPC C1G2 UHF RFID protocol. It adopts some advanced low power techniques for system design and circuit design: adaptive clock-gating, multi-clock domain and asynchronous circuit. The baseband circuit is implemented in 0.18um 1P3M standard CMOS process. ne chip area is 0.28 mm(2) excluding test pads. Its power consumption is 25uW under 1.1V power supply.

High efficiency RFID UHF power converter

The paper proposes a high efficiency RFID UHF power converter unit to overcome the low efficiency problem. This power converter is mainly composed of an RF-DC converter and a DC-DC converter. In order to overcome the low efficiency problem in low current consuming condition, a DC-DC converter is added to conventional single RF-DC converter rectifier to increase the rectifying efficiency of the RFDC rectifier. The power converter is implemented in a 0.18 um mixed signal, 1p6m CMOS technology. Simulation shows the power converter has an average improvement of 5% and can achieve efficiency as high as 30% with 900MHz, 16uW RF input power and 1.3 V 3.6uA DC output.

A novel DC-DC charge pump circuit for passive RFID transponder

This paper presents a low-voltage, high performance charge pump circuit suitable for implementation in standard CMOS technologies. The proposed charge pump has been used as a part of the power supply section of fully integrated passive radio frequency identification(RFID) transponder IC, which has been implemented in a 0.35-um CMOS technology with embedded EEPROM offered by Chartered Semiconductor. The proposed DC/DC charge pump can generate stable output for RFID applications with low power dissipation and high pumping efficiency. The analytical model of the voltage multiplier, the comparison with other charge pumps, the simulation results, and the chip testing results are presented.

An Ultra Low Power Non-volatile Memory in Standard CMOS Process for Passive RFID Tags

An ultra low power non-volatile memory is designed in a standard CMOS process for passive RFID tags. The memory can operate in a new low power operating scheme under a wide supply voltage and clock frequency range. In the charge pump circuit the threshold voltage effect of the switch transistor is almost eliminated and the pumping efficiency of the circuit is improved. An ultra low power 192-bit memory with a register array is implemented in a 0.18 mu M standard CMOS process. The measured results indicate that, for the supply voltage of 1.2 volts and the clock frequency of 780KHz, the current consumption of the memory is 1.8 mu A (3.6 mu A) at the read (write) rate of 1.3Mb/s (0.8Kb/s).

RFID安全协议的设计与分析

回顾了已有的各种RFID安全机制,重点介绍基于密码技术的RFID安全协议;分析了这些协议的缺陷;讨论了基于可证明安全性理论来设计和分析RFID安全协议的模型和方法.

A Novel Power Supply Solution of a Passive RFID Transponder

This paper presents a power supply solution for fully integrated passive radio-frequency identification(RFID) transponder IC,which has been implemented in 0.35μm CMOS technology with embedded EEPROM from Chartered Semiconductor.The proposed AC/DC and DC/DC charge pumps can generate stable output for RFID applications with quite low power dissipation and extremely high pumping efficiency.An analytical model of the voltage multiplier,comparison with other charge pumps,simulation results,and chip testing results are presented.

基于RFID的基带通信IP核的设计与仿真

分析基于射频识别(RFID)技术的系统基带通信过程,建立RFID基带传输模型,利用FPGA技术实现具有基带编解码、数据收发功能的通信IP核,介绍基于模块化思想的基带通信IP核的RTL设计方法,利用QuartusⅡ与Simulink工具进行系统仿真,仿真实验结果表明,该通信模块是有效的,能够为设计RFID通信系统提供高度集成的基带通信IP核。

RFID系统优化模型与智能算法研究

射频识别技术（Radio Frequency Identification, RFID）作为采集与处理信息的高新技术和信息化标准的基础，被列为本世纪十大重要技术之一。但是，RFID技术的大规模实际应用仍处于探索阶段，RFID系统的应用基础技术还存在着大量尚未解决的关键问题，其中RFID系统优化是RFID技术研究和应用的重要课题。由于RFID系统本身的动态性和不确定性， RFID系统优化面对的一般是非线性、多目标、大规模的复杂优化问题，传统的数学优化算法在处理这些问题时，存在困难。为此，研究新的优化算法成为RFID技术实际应用和理论研究中必须解决的课题。 智能计算方法是求解复杂RFID系统优化问题的一种可供选择的算法。智能计算作为一个新兴领域，其发展已引起了多个学科领域研究人员的关注，目前已经成为人工智能、经济、社会、生物等交叉学科的研究热点和前沿领域。智能计算的各类算法已在传统NP问题求解及诸多实际应用领域中展现出其优异的性能和巨大的发展潜力。 本文旨在对RFID系统的各种优化问题进行深入研究和探讨，面向RFID技术的实际应用需求构建其优化模型，并基于智能计算思想设计能够有效求解这些复杂模型的新型智能优化算法。具体研究内容包括： 首先，进行了RFID读写器网络的调度问题研究。在深入分析RFID网络中读写器冲突类型和成因的基础上，考虑RFID网络中的读写器冲突约束，以最小化系统中的频道数量、时隙分配以及总处理时间建立了RFID读写器网络调度的数学优化模型。从生物学的角度出发提出基于生态捕食模型的改进PSO算法（Particle Swarm Optimizer based on Predator-prey Coevolution, PSOPC），在一定程度上解决了PSO算法在迭代后期随着多样性丧失而陷入局部最优的缺点。应用PSOPC设计了求解RFID读写器网络调度模型的智能求解算法，分别给出算法的求解框架、关键步骤的实现机制。通过在不同规模的RFID读写器网络上进行实例仿真，验证了算法的有效性和模型的正确性。 其次，进行了基于菌群自适应觅食算法RFID网络规划问题的研究。考虑RFID系统在不同应用环境下的系统需求，建立了RFID网络规化的数学模型，其目标函数分别为：RFID网络标签覆盖率的最大化目标函数、RFID读写器冲突的最小化目标函数、RFID网络运行的经济效益最大化目标函数、RFID网络运行的负载平衡目标函数以及同时考虑全局目标的混合目标函数。将自然界生物觅食所采用的自适应搜索策略与细菌的趋化行为和群体感应机制相集成，提出了适合求解复杂RFID网络规划问题的菌群自适应觅食算法（Adaptive Bacterial Foraging Optimization, ABFO）。通过仿真实验基于ABFO算法分别对RFID网络规划模型中的五个目标函数进行了实例求解和分析，测试结果与标准PSO算法和遗传算法进行了比较分析。 再次，进行了基于系统智能方法的RFID网络规划分布式决策模型研究。采用分布式决策的思想建立了RFID网络规划的层次模型，在一定程度上缓解、分散了RFID网络规划问题的复杂性，以解决具有混合变量（包括离散变量和连续变量）的多目标RFID网络规划问题。针对层次模型求解的复杂性，以复杂适应系统理论为指导思想设计了一种新型系统智能优化算法对RFID网络规划的层次模型进行求解。系统智能算法将群体智能中的单层群体系统概念扩展为多层涌现系统，仿真实验表明新提出的算法显著提高了智能计算方法的寻优能力，以及算法的适应性、鲁棒性和平衡性等性能。 最后，进行了RFID网络目标跟踪系统中的数据融合研究。以基于RFID技术的目标定位与跟踪系统为应用背景，提出了基于模糊聚类方法的多RFID读写器数据融合模型框架。通过深入分析蜜蜂采蜜的基本生物学规律，对蜜蜂的个体行为及群体行为进行模拟，提出了一类新型群体智能优化算法-蜂群优化算法（Bee Swarm Optimization, BSO），并将BSO算法嵌入RFID目标定位跟踪系统，作为其模糊聚类的基本算法。仿真研究表明，提出的融合模型能够有效的过滤读写器对跟踪目标的错误监测数据，显著提高目标定位与跟踪的精度。

RFID智能信息处理关键问题研究

无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是通过无线射频方式进行非接触双向通信的自动化识别与数据获取技术，在多目标识别、移动目标识别和单品识别等应用领域具有极大的优势，广泛应用于国防、制造、医疗、零售、物流等诸多领域，被誉为21世纪最热门的技术之一。近年来RFID技术受到工业界和学术界高度关注，理论研究和实践应用得到了突飞猛进的发展，同时，在面向RFID海量数据的智能信息处理方面也带来了巨大的挑战。因此，本文以面向应用的RFID数据处理为背景，对RFID智能信息处理及其关键问题进行了深入研究，主要研究内容包括以下几个方面： 首先，回顾并总结了流数据处理、复杂事件处理和信息融合等理论方法在RFID信息处理上的主要研究成果和典型方法，为RFID智能信息处理体系的建立奠定了理论依据，针对当前RFID信息处理方法的不足，从融合多领域相关技术，进行综合性、大规模的RFID信息处理的角度，提出了综合方法集成框架，并给出了框架相关模块的构成说明，为进一步提出RFID智能信息处理方面新的理论和方法提供了研究思路。 其次，以构件技术和中间件技术为背景，详细分析了现存的RFID中间件系统的优势与不足，在此基础上，主要针对RFID海量数据处理、RFID多协议数据转换、复杂事件处理以及面向RFID的企业信息集成等问题，提出了RFID智能信息处理软件体系结构，设计并实现了流数据处理引擎、多协议处理器、监控管理器、事件管理器和复杂事件处理引擎，并给出了相关模块的处理算法，从软件体系结构上保证了RFID信息处理软件系统的智能性和可扩展性，软件实现验证了所提软件体系的有效性。 再次，在总结和分析流数据管理系统和流数据查询语言方面主要研究成果的基础上，从重用和集成现有流数据处理方法，分离流数据源和处理逻辑，简化软件开发与部署，实时监控与优化RFID流数据处理的研究角度，提出了面向服务体系的RFID流数据处理服务体系，给出了RFID流数据处理服务模型和服务逻辑模型，并给出了基于XML的服务单元描述，数据流描述和服务单元激活描述。最后给出了软件实现，验证了所提出的流数据处理服务的有效性。 最后，以事件驱动系统和主动数据库系统为背景，介绍了复杂事件处理所涉及的关键技术，并在分析目前研究的优势与不足基础上，针对面向RFID海量事件的语义信息处理需求，提出了RFID复杂事件模型和复杂事件处理网络模型，并提出了基于时空关系的操作算子和复杂事件模式定义。在分析和总结已有复杂事件探测体系不足的基础上，进一步设计了RFID复杂事件探测中心结构，并给出相关构件的功能描述。对于复杂事件探测问题，主要提出了基于分发策略和消耗策略的探测优化，并给出了策略选择算法，在以上算法结果的基础上提出了基于策略选择的复杂事件探测算法，同传统复杂事件探测算法比较分析显示所提算法的有效性。

面向供应链系统的RFID信息服务关键技术研究

众所周知，供应链管理(Supply Chain Management, SCM)是一个极其复杂的系统，自从上个世纪70年代以来，经济全球化的趋势以及信息技术的快速发展，给本来已经极其热门的供应链管理领域又提供了无穷的发展空间。这个领域里面不断出现新的挑战，其中的种种难题几乎都跟供应链系统的复杂性和不确定性特征息息相关。 无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是通过无线射频方式进行非接触双向通信的自动化识别与数据获取技术，在多目标识别、移动目标识别和单品识别等应用领域具有极大的优势，广泛应用于国防、制造、医疗、零售、物流等诸多领域，被誉为21世纪最热门的技术之一。近年来RFID技术受到工业界和学术界高度关注，理论研究和实践应用得到了突飞猛进的发展。随着无线射频识别技术的迅速发展和价格的迅速低廉，企业已经越来越多地把信息技术应用于供应链的管理之中，信息技术已成为企业实施供应链管理的不可或缺的手段，它们可以使企业的供应链管理更为有效以及高效。但是在将RFID技术应用到供应链信息管理的过程之中，遇到了许多阻力和困难。在RFID信息网络的构建、网络中海量资源调用、以及跟踪应用等诸多方面都存在还不能解决的问题。 本文在深入研究无线射频识别技术的基础上，结合供应链信息系统的发展现状以及所面临的诸多迫切需要解决的问题，提出了面向供应链服务的RFID信息网络，并设计了RFID网格模型，对RFID网络中的资源优化问题，以及目标跟踪问题进行了专门的研究，提出了行之有效的算法。主要的研究内容包括以下几个方面： 首先，构建了基于RFID系统的供应链信息管理系统的架构，并针对供应链信息系统中存在的种种问题，提出构建面向供应链服务的RFID网络。在详细介绍了当前国内外RFID网络研究与发展的基础上，设计了基于RFID网络的供应链应用体系，并给出了这一RFID网络的基本架构。 其次，根据网格计算理论提出了RFID无线网格体系，分别对RFID无线网格分层组织和系统构建组成进行了详细的描述。设计了RFID网格的供应链应用场景，将RFID网格基础设施安装在制造商分销中心、零售商仓库和零售商商店，通过运行在每个基础实施构件提供RFID数据捕获、数据处理和集成，并对RFID无线网格体系进行了建模以及分析。 再次，针对供应链系统的RFID信息服务瞬时产生海量的RFID信息，资源调度优化存在难点，提出利用粒子群算法，解决这一问题。该算法在求解该类问题时的优点包括：收敛速度快、容易克服早熟、能够优化多目标、能够柔性控制和容易分布式运算等。我们设计了RFID资源任务调度模型，利用经过改进的粒子群算法BPSO对这一模型的进行了求解，并将这一算法与传统的遗传算法的求解进行了仿真比较，可见该算法较遗传算法有较大优势。 最后，在面向供应链系统的RFID信息服务中，跟踪领域具有广泛的应用前景，同时在对环境敏感的对象跟踪领域中联合无线传感器网络也是RFID跟踪应用的一大趋势。针对网络跟踪研究，总结了RFID与无线传感器网络相结合的三种模式，提出以Adhoc的方式将RFID读写器组成一个面向供应链服务的无线跟踪网络，并给出一基于RFID无线网络的跟踪算法，以解决供应链系统中物品的追踪问题。

UHF RFID 射频前端及其编解码设计

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式的数据采集和自动识别技术（以下通称RFID技术）。而超高频射频识别技术（Ultra High Frequency RFID，UHF RFID）具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强等特点而成为当前研发的热点。UHF RFID读写器的难点就在于射频前端电路和基带编解码的设计，它们设计的好坏直接决定了读写器的性能好坏。 本文首先通过介绍UHF RFID读写器射频前端设计的基本原理，采用射频通用收发模块进行射频前端设计的方法，给出了以ADF7020收发芯片为核心的UHF RFID读写器的射频前端的整体设计和具体的实现电路，设计了包括射频收发电路、射频前端匹配电路、滤波电路、环行器电路、功率放大电路等。 其次根据EPC Gen-2的协议标准进行了UHF RFID读写器的基带编码解码的仿真设计，然后开发了以FPGA为核心的完整的数字基带硬件电路，实际调试表明整个基带编解码软件在硬件基带PCB板上运行状况良好，并能对EPC Gen-2的协议标准的命令进行正确的编码解码。 最后通过研究学习软件无线电的理论和开发方法，把UHF　RFID读写器的射频前端分成射频模拟前端和射频数字前端，给出了一种基于软件无线电思想的UHF RFID射频数字前端设计模型，并借助于SIMULINK中的信号处理工具箱对构建的数字前端的进行仿真验证，仿真结果验证了用软件无线电实现UHF RFID数字前端的可行性。

基于RFID的混流装配汽车生产线物料动态配送研究

针对混流装配的汽车自动化生产线提出了基于RFID的车辆追踪和基于条码的无线物料库存管理实现方法。在此基础上,设计了装配生产线的物料动态配送调度业务流程,给出了物料动态配送的规划依据,并进行了实例计算。