无芯片RFID电子标签的设计Word文档下载推荐.docx

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学号：

指导教师：

2013年6月

摘要

射频识别（RFID）是一种自动识别技术，具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，该技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪与信息共享。

标签成本是RFID技术应用和发展的一大瓶颈。

基于这一背景，无芯片射频识别以其远距离、高速度和低成本等特点成为当前的热点研究领域。

随着技术的发展，射频识别技术应用领域日益扩大，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。

本文针对射频识别标签的应用需求，对无芯片射频识别标签进行了研究。

首先，论述了RFID系统的技术原理，并对无芯片RFID标签的工作原理进行了分析。

其次，本文对无芯片RFID标签的整体结构做了介绍。

同时阐述了螺旋谐振器的基本原理。

最后，利用AnsoftHFSS对所建模型进行了仿真，并分析了仿真结果。

关键词：

射频识别；

电子标签；

螺旋谐振器；

微带线

TheCircuitDesignofChiplessRFIDTag

Abstract

RadioFrequencyIdentification（RFID）isallautomaticidentificationtechnology,whichhasthecharacterofsmallvolume,highcapacity,longlife,reusabilityandsoon.Whencombiningwithinternetandcommunicationtechnology,RFIDcanrealizeobjecttracingandinformationsharingonaglobalscale.However,thecostoftransponderisamajorboaleneckintheapplicationanddevelopmentofRFIDtechnology.Foritschiplesslong—distance,high-speedandlow—cost,chiplessRFIDtechnologyhasbecomeahottopicintheRFIDtechnology,andwillbeabasictechnologyinthefutureinformationsocietyconstruction.Currently,chiplessRFIDtaghavelaunchedalargenumberofstudiesfortheapplicationsofRFIDchips.

Atfirst,discussestheRFIDtechnologyandprinciple,andchiplessRFIDtagofprincipleisanalyzed.

Secondly,thearticlechiplessRFIDtagtheoverallstructureareintroduced，Alsoexpoundsthebasicprincipleofspiralresonator.

Finally,usingAnsoftHFSStothemodelsimulation,andanalysisofthesimulationresults.

KeyWords：

RFID;

tag;

spiralresonator;

microstripline

1绪论

1.1题目背景

随着社会现代化进程的加快，信息技术正迅速改变我们的生活。

经过几十年的发展，自动识别技术已经在货物销售、物流分配、商品流通和生产制造等诸多领域得到了快速的普及和应用，初步形成了一个包括条形码技术、磁卡技术、系统集成化、声音视觉识别等计算机、电子、通信技术为一体的高新科技学科。

现在，射频识别技术（RadioFrequencyIdentification简称RFID）已经走进人们的生活，它不仅是条形码的简单替代品，更能综合无线通讯、微电子、互联网等最新信息技术，对所有社会产品进行从生产、销售、使用甚至回收处理进行全过程监控管理，极大地提高整个社会的运转效率[1]。

在过去的半个多世纪里，RFID技术的发展经历了以下几个阶段：

20世纪50年代是RFID技术和应用的探索阶段；

60到80年代期间，RFID变成现实，反向散射理论以及其他电子技术的发展为RFID技术的商业应用奠定了基础。

同时第一个RFID商业应用系统——商业电子防盗系统出现；

九十年代末，随着RFID应用的扩大，为了保证RFID设备和系统之间的相互兼容，RFID技术的标准化不断得到发展，同时人们也意识到统一的RFID技术标准化的必然性，EPCGlobal（全球电子产品代码协会）就应运而生了；

进入2l世纪初，RFID标准己经初步形成。

有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展。

电子标签成本不断降低，应用规模和行业不断扩大。

无源电子标签的远距离、高速移动物体的识别成为需要并不断成为现实。

2003年11月4日，世界零售业巨头沃尔玛公司宣布，它将采用RFID技术追踪其供应链系统中的商品，并要求其前100大供应商从2005年月起将所有发运到沃尔玛的货盘和外包装箱贴上射频标签。

沃尔玛这巨大的举动揭开了RFID在开放系统中运用的序幕[2]。

作为21世纪十大重要技术之一，RFID在国外的应用已经越来越普及，新加坡、韩国等国家都明确指出要重点发展射频识别技术及其应用。

中国是世界生产中心之一和最具潜力的消费市场，对RFID的应用需求也将越来越强烈。

1.2研究意义

射频识别标签具有远距离、高速传输、信息收集处理迅速、较好的应用环境适应性等特点，在近几年来获得极为迅速的发展。

RFID技术用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率。

随着相关技术的不断完善和成熟，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间。

无芯片RFID电子标签由于没有芯片，所以成本大大低于传统电子标签，这样就使无芯片RFID电子标签可以大量生产，最终大规模应用于射频识别市场。

现今唯一RFID标签没能取代条形码的原因就是RFID标签的成本相对条形码来说仍然很高。

无芯片RFID标签由于没有IC芯片，成本通常大大低于芯片RFID。

利用印刷技术，无芯片RFID可以批量生产，更加降低了成本，大规模应用于射频识别市场已经指日可待。

射频识别技术于条形码技术在物品识别的功能上有些类似，两种技术之间的差异在于以下几个方面[3]：

第一，成本。

条形码技术的应用已经十分广泛，条形码能够印刷在物品表面，制作非常方便，成本极低。

条形码扫描仪的成本也很低；

而基于EPC的射频识别技术是近年来的新技术，应用才刚刚开始，电子标签包括芯片和印刷天线两个部分，制作比较复杂，目前成本较高，而射频识别阅读器的成本很高，因此，单从成本方面来讲，目前条形码占有优势。

第二，包含的信息。

条形码能够包含的信息十分有限，而目前电子标签的存储的数据为64位，96位，或者更多位，而且这些数据能够多次重复读写，因此在包含的信息方面，射频识别技术占有优势。

第三，自动化。

条形码扫描仪必须正对条形码才能阅读中间不能有不透光的阻挡，而电子标签和阅读器之间只要中间的阻挡物能够被电磁波穿透就可以读取：

另外，条形码阅读器在某段时间内只能读一个标签，而阅读器在某段时间内能够同时读取多个标签的信息。

第四，鲁棒性。

当条形码变脏，弯曲以后，很有可能不能阅读，而在这些方面，射频识别技术的工作更稳定。

从以上的分析可以看出，射频识别技术解决成本问题以后，能够在很大程度上取代条形码。

1.3国内外相关研究情况

在RFID技术研究及产品开发方面，国外要比国内领先很多，像美国、德国、英国、瑞典等日前均有较为成熟且先进的RFID系统。

读卡器方面的供应商有Symbol、Intermec、Alien、SAVI等，芯片的供应商有Philips、TI和ST等。

在阅读器的芯片设计方面，目前已有少数厂家开始计划设计阅读器的专门芯片，目前还未见到有单芯片的射频识别阅读器产品。

WJCommunications是一家射频器件供应商，目前提供固定式阅读器和手持阅读器的产品，并且已经开始设计单芯片的阅读器射频前端。

与发达国家相比，中国在RFID技术和应用上还只是处于发展初期。

在硬件方面，国内已具有了自主开发低频（LF）、高频（HF）电子标签芯片与读写器的技术能力，其中在HF频段方面的设计技术接近洲际先进水平，已经自主开发出符合应国际标准的芯片，并成功地实现了产业化，如我国居民第二代身份证的使用，一些城市公交射频卡付费系统，校园一卡通以及北京2008年奥运会门票等。

根据应用场合的限制RFID标签通常需要贴在不同类型、不同形状的物体表面，甚至需要直接嵌入到物体内部。

由于标签无线与阅读器天线分别承担着接收能量和发射能量的作用，这些因素对天线的设计提出了严格要求。

当前对RFID天线的研究主要集中在天线结构和环境因素对天线性能影响以及减小天线尺寸上，出现了分型天线、片上天线等研究方向。

降低标签成本和标签芯片功耗是RFID电子标签设计所解决的两个问题。

a.标签成本标签成本是RFID技术商业应用能否取得成功的关键。

RFID标签的成本主要由IC芯片、天线和封装等几部分构成，芯片是其中的主要部分，大约占50％。

由于现有的很多RFID标签芯片设计都是基于特殊工艺（锗硅、BiCMOS等），因此成本很高。

这样高的成本显然无法应用于价值较低的单件商品，应用范围受到了很大限制，根据Auto-ID中心的预测，只有当RFID标签生产成本降低到5美分时，RFID才可能得到大规模的应用。

随着微电子技术的飞速发展，CMOS工艺己能制造应用于微波波段的芯片，射频电路能集成到大规模数字电路的芯片上，而以CMOS工艺制造的无线系统将会有更低的制造成本，因此如何设计出与低成本CMOS工艺兼容的RFID标签是现在研究的热点。

b.低功耗设计标签芯片所能获得能量的大小和其自身功耗大小直接影响到标签的识别距离。

RFID作为被动式、远距离的非接触识别技术，其标签芯片的工作能量全部来自于内部电路对输入射频信号的整流和放大，因此标签的内部电路必须具有较高的转换效率，可以把微弱的输入信号转换成芯片工作的直流电压，同时芯片本身要以极低的功耗正常运作[4]。

国外的RFID标签芯片研究中采用了一些电路设计技术来降低标签芯片各模块电路功耗，如亚阈值电路、异步电路、绝热电路、高效率整流电路、低功耗非易失存储器设计等，取得了较好的效果。

如何设计出功耗低，适用于RFID标签芯片应用的单元电路是决定标签芯片设计成功与否的关键。

1.4课题研究的主要内容

首先需要了解一些基本的知识，例如：

射频识别的概念以及工作原理、无

芯片电子标签的基本组成、微带线的结构与应用背景、电路设计核心——谐振器的相关参数等。

其中微带线是无芯片电子标签中最具特点的一种结构。

微带线是指适合制作微波集成电路的平面结构传输线，它具有两方面的作用：

1.高频信号进行有效地传输；

2.它能与其他固体器件如电感、电容等构成一个匹配网络，使信号输出端与负载很好的匹配。

其次就是利用AnsoftHFSS软件进行设计与仿真。

其仿真的核心就是微波谐振器。

微波谐振器是在微波领域具有储能和选频特性的元件，它相当于低频电路中的振荡回路。

1.5课题拟采用的研究方案

根据题目要求，首先应确定的是微波谐振器的种类。

微波谐振器一般有传输线性谐振器和非传输线性谐