一種用于無源RFID的新型低壓低功耗振蕩器
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摘 要：采用中芯國際180 nm混合信號工藝，設計了一種新型低壓低功耗環形振蕩器.基于反饋理論，采用放大器完成從電源電壓到環振工作電壓的降壓穩壓轉換，實現環振工作電壓穩定性優化，同時降低其功耗;環振輸出經幅度變換電路，實現高擺幅振蕩信號輸出;振蕩器工作頻率電流受控，抑制了電源噪聲，降低了電源電壓波動對輸出頻率的影響.結果表明，1 V電源電壓下，輸出頻率2.737 MHz，功耗約0.8 μW，1 MHz頻點處相位噪聲-108.7 dB;0.9～2.1 V電壓范圍內，輸出頻率波動小于0.23%，適于無源芯片設計.
關鍵詞：振蕩器;射頻識別;低電壓;低功耗
中圖分類號：TN495 文獻標志碼：A
A Novel Low-voltage Low-power Oscillator Used for Passive RFID
CHEN Diping1，YANG Cuiling1，DONG Gang1，QIN Pengju2，ZENG Jianping1
?。?. College of Physics and Microelectronics Science，Hunan University，Changsha 410082，China;
2. Hunan Runtronic Microelectronics Co Ltd，Changsha 410000，China ）
Abstract：A novel low-voltage low-power ring oscillator was designed，which was implemented by an SMIC's 180 nm mixed signal processing technology. Based on the feedback theory，the regulation and conversion from supply voltage to operating voltage of ring oscillators was completed by employing an amplifier，generating superior operating voltage stability as well as lower consumption. Furthermore，a high output swing was obtained with an amplitude conversion circuit. The operating frequency of the oscillator was controlled by current，resulting in the reduced effect of oscillating signal on the supply voltage VDD and the depressed supply noise. The results demonstrate that the output frequency is 2.737 MHz，the consumption is 0.8 μW with a 1 V supply，and the phase noise at the phase point is -108.7 dB at 1 MHz offset. Meanwhile，the output frequency fluctuations are kept within 0.23% when the supply voltage varies between 0.9 V and 2.1 V，which is reasonable in passive chip design.
Key words：oscillator;radio frequency identification（RFID）;low-voltage;low-power
射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）是近年來備受關注的一種新興技術，其利用無線電波快速精準地識別相關信息，廣泛用于支付系統、物流、人員跟蹤等領域[1-3].受限于應用場合，低電壓、低功耗、寬電源電壓范圍、低成本等要求對射頻識別系統顯得尤為重要，特別在無源RFID電子標簽領域.
無源RFID電子標簽是一種微型裝置，工作于無任何能量儲存的情況下，通過對閱讀器信號轉換獲取工作電壓，整個芯片的功率只有幾微瓦或者更低，因此，高效的功耗分配對于電子標簽的性能評估至關重要[4-5].RFID電子標簽主要分為3部分：天
線部分、模擬前端和基帶處理單元[6].天線部分完成射頻信號的接收與發送;模擬前端由整流電路、時鐘產生電路、反射調制電路以及解調電路等組成;基帶處理單元控制數據編碼/解碼和內存/傳感器等的訪問.振蕩器產生的信號用于精確控制副載波頻率，同時給數字電路提供工作時鐘，故振蕩器性能優劣直接影響整個射頻識別系統的性能.
折衷功耗、面積以及成本，本文采用基于反饋理論的電源電壓變換的新型環形振蕩器結構，完成了一種適用于無源RFID電子標簽的高穩定低壓低功耗振蕩器的設計，其正常工作電源電壓范圍為0.9～2.1 V，輸出頻率波動小于0.23%;1 V電源電壓下，輸出頻率2.737 MHz，功耗約0.8 μW.
1 無源RFID標簽振蕩器設計要點
1.1 普通振蕩器分析
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