射頻識別(RFID)市場出現(xiàn)強勁增長，2004年其銷售額高達17億美元，2008年預計將達到59億美元。這種激增的需求受到來自下一代RFID系統(tǒng)的帶動，下一代系統(tǒng)將會提供非視距的可讀性、改進的安全性，并可以重新配置產(chǎn)品信息。這些應用包括了庫存跟蹤、處方用藥跟蹤和認證、汽車安全鑰匙，以及安全設施的門禁控制等。在很多以前的出版物中可以找到有關(guān)RFID應用與發(fā)展良機的細節(jié)。這些功能將可能通過EPC-Global Class 1 Gen 2(即歐洲和國際上的ISO-18006標準)協(xié)議所定義的超高頻(UHF)系統(tǒng)來實現(xiàn)。這些功能還將利用最新的CMOS工藝節(jié)點通過標簽/閱讀器的技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)，例如射頻/模擬以及混合信號集成電路(IC)設計。許多新的IC要求取決于EPCGlobal Class 1 Gen 2協(xié)議，以及無源-反向散射UHF RFID標簽電路中的幾個關(guān)鍵射頻模塊的設計與仿真。可以采用仿真工具來研究在幾個最差系統(tǒng)級工作條件下的關(guān)鍵IC的性能度量。

　　工作在125或134kHz低頻(LF)或者13.56MHz高頻(HF)范圍內(nèi)的電感回路無源RFID系統(tǒng)，其工作距離僅限于大約1m的范圍。UHF RFID系統(tǒng)工作在860至960MHz以及2.4GHZ的工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段。其具有更長的工作距離，對無源標簽而言典型工作范圍為3至10m。標簽從閱讀器的射頻信號接收信息和工作能量。如果標簽在閱讀器的范圍內(nèi)，就會在標簽的天線上感應出交變的射頻電壓。該電壓經(jīng)過整流后為標簽提供直流(DC)電源電壓。通過調(diào)制天線端口的阻抗來實現(xiàn)標簽對閱讀器的響應。這樣一來，標簽將信號反向散射給閱讀器。

　　閱讀器通過位速率范圍在26.7至128kbps之間的雙邊帶幅移鍵控(DSB-ASK)、單邊帶幅移鍵控(SSB-ASK)或者反相幅移鍵控 (PR-ASK)調(diào)制來實現(xiàn)對射頻載波的調(diào)制，將信息發(fā)送給一個或多個標簽。采用脈沖間隔編碼(PIE)格式來實現(xiàn)調(diào)制。此時，數(shù)據(jù)通過對載波在不同的時間間隔進行脈沖編碼來表示0或1b，并將其發(fā)送給標簽。通過頻帶分配和數(shù)據(jù)協(xié)議的標準化，EPC-Global最先通過統(tǒng)一世界范圍內(nèi)的不同系統(tǒng)來降低整體成本。這一行動將采用相對廉價的CMOS技術(shù)來抵消設計新的復雜IC所產(chǎn)生的高昂費用。

　　采用更新的工藝節(jié)點預計將減少芯片面積的20%。由于涉及到數(shù)量，降低系統(tǒng)成本的努力主要集中在無源標簽的單位成本。其目標是將成本降低一個數(shù)量級，減少到每個標簽僅幾美分。

　　無源標簽的調(diào)制不同于一般的射頻通信方案，這是因為閱讀器的信號還為標簽供電。在無源反向散射系統(tǒng)中，距離是通過標簽可以獲得的輻射功率由前向鏈路(閱讀器到標簽)來決定的。新式的Gen-2標簽的設計目標是將閱讀距離最大化，并同時實現(xiàn)與該協(xié)議的兼容。距離方程(公式1)決定了理論距離，此時標簽將接收到足夠的電源來對閱讀器做出響應。

　　其中：EIRP=有效各向同性輻射功率，Ptag=標簽天線輸出所要求的功率，Gtag=標簽天線增益，λ=射頻載波的自由空間波長。

　　關(guān)閉閱讀器電源減少了標簽所獲得的電源。由于該調(diào)制方案中信號在大部分時間處于其最大值，因此具有極大優(yōu)勢。然而，這種調(diào)制效率極低。這導致相對寬的信道或低的數(shù)據(jù)速率。

　　每個EPC Class 1 Gen 2指標，閱讀器傳輸?shù)墓β矢哌_4W EIRP。在950MHz的載波頻率下，信道損耗在3m距離處是36.9dB。那么，標簽天線的功率是-0.88dBm。

　　在這一少量的可用功率和低直流功率轉(zhuǎn)換效率(整流器效率平均約為20%)下，CMOS標簽電路一般工作在僅幾微安電流的一伏特電壓下。由于無源 RFID標簽必須具有低成本并節(jié)省功耗，將標簽設計為采用相對簡單的幅度調(diào)制(AM)技術(shù)來實現(xiàn)從閱讀器接收信號。UHF RFID標簽模擬前端包括了幾個內(nèi)部模擬子模塊。該模擬前端實現(xiàn)了DC電源、接收信號檢測/解調(diào)制和發(fā)送調(diào)制等全部的模擬處理。圖1中的模塊圖表示了典型 UHF RFID標簽的模擬前端以及數(shù)字狀態(tài)機。

　　整流器通過天線將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)換為DC電源，為所有的其他模塊供電。接下來是作為電壓調(diào)節(jié)器的穩(wěn)壓器，其限制并調(diào)整了由整流器產(chǎn)生的電壓。復位子模塊提供了復位信號，來表明經(jīng)過整流的電壓已經(jīng)達到了可靠的和規(guī)定的水平。就其本身而言，包絡檢測器檢測并解調(diào)制閱讀器的數(shù)據(jù)信號，還產(chǎn)生數(shù)字解調(diào)信號。環(huán)路振蕩器產(chǎn)生用于數(shù)字狀態(tài)機的時鐘。調(diào)制器通過改變天線端口的負載阻抗將調(diào)制信號調(diào)制到標簽天線。所有模擬前端電路通過Ansoft的 Nexxim電路仿真器采用Cadence Virtuoso設計環(huán)境以及TSMC 0.18-μm標準CMOS工藝庫進行仿真。