射频辨认技能已被应用到许多范畴，如护照、交通运输、产品追寻、轿车以及动物辨认等[1]。首要组成部分有: 电子标签、RFID阅读器和后端处理体系。RFID电子标签由一个细小的标签芯片和天线构成[2]，标签芯片由模仿前端、EEPROM和数字基带部分三部分组成。模仿前端电路除了具有收发RF信号功用外，还担任给整个芯片供给电源、时钟和复位信号；EEPROM用于存储标签的仅有辨认代码和用户数据信息；数字基带部分担任完结通信协议的处理、 抗抵触操控、安全认证、CRC校验和收发操控等作业， 占整个标签芯片的本钱和功耗的首要部分[3]。
因为RFID标签芯片及其操控器要求具有低本钱、低功耗的特性[4]，因而本文提出一种契合ISO18000-6B协议，并满意低本钱、低功耗要求的高频RFID标签芯片数字基带处理器的规划。
1 数字体系结构图
依据ISO18000-6B协议，从阅读器到应答器的数据传送经过对载波的起伏调制（ASK）完结，数据编码为经过生成脉冲创立的曼彻斯特码编码，速率为40 kb/s；标签回来给阅读器的数据经过FM0编码调制后发送至模仿前端， 经由天线发送至阅读器。
所规划的数字体系结构图如图1所示，首要完结以下功用：(1)对前向链路解调输出信号进行曼彻斯特码解码，给出解码输出时钟，解分出再同步信号；(2)对解码出的数据进行CRC 校验, 承认数据传输和标签解调的正确性,而且一同对解码输出数据进行串并转化，以及解分出正确的指令；(3)依据ISO18000-6B协议的悉数功用要求对接纳的指令进行正确处理；(4)依据协议的要求对存储器进行正确读写操作；(5)对处理完毕的数据进行安排，生成CRC校验码；(6)对回送数据进行FMO编码，回送给射频模仿前端进行调制。
在规划中，有限状况机的规划是数字部分规划的中心，其功用是和谐模块之间数据与信号交互、处理接纳到的指令及其相应的数据、转化本身状况、履行对磕碰计数器和静默计数器的操作、履行对存储器的读写存储操作、规则反向散射标签的64位UID以及MTP存储器内容，并和外围模块电路一同构成防磕碰电路，完结防磕碰算法。
2 低功耗规划
电路中耗散的能量能够分为静态功耗和动态功耗。构成静态功耗的首要原因是晶体管中从源极到漏极的亚阈值走漏，就是指阈值电压的下降阻挠了栅的封闭。动态功耗分为开关功耗和内部功耗。开关功耗是因为器材输出端的负载电容的充放电引起的。负载电容包含了门和线的电容。内部功耗指在器材内部耗散的能量，首要由瞬时短路所引起。
数字部分完结低功耗，能够从体系级和RTL代码级两方面考虑。本规划中采纳下降功耗的有用办法包含：下降电源电压，下降时钟频率，门控时钟技能，安排模块的规划办法。
2.1 同步化不一同钟的规划方案
当体系中有两个或两个以上不一同钟时，数据的树立和坚持时刻很难得到确保，会面对杂乱的时刻问题。最好的办法是将不同的时钟同步化，因为标签数字基带电路中的编码器规划中需求编码输入时钟160 kHz和编码输出时钟320 kHz，所以不同的触发器运用不同的时钟。为了体系安稳，用体系时钟1.28 MHz将160 kHz和320 kHz时钟同步化，如图2所示。1.28 MHz的高频时钟将作为体系时钟，输入到一切触发器的时钟端。160 MHz _EN和320 MHz_EN将操控一切触发器的使能端。即原来接160 MHz时钟的触发器，接1.28 MHz时钟，一同160 MHz_EN将操控该触发器使能 ，原接320 MHz时钟的触发器，也接1.28 MHz时钟，一同320 MHz_EN将操控该触发器使能。这样就能够满意编码器的时钟同步要求。
图2为同步化不一同钟的电路规划方案。
2.2 下降电源电压
动态功耗和电源电压的平方成正比，故下降电源电压是削减功耗的有用办法，可是下降供电电压，会带来许多副作用：首要，下降供电电压，会导致速度下降，减小%&&&&&%充放电的电流或负载驱动电流；其次，会导致较低的输出功率或较低的信号起伏，然后发生噪声和信号衰减的问题。研讨标明：下降阀值电压，能够使得动态功耗削减，但会增大静态功耗。考虑到数字操控部分和存储器的功用，Vdd=1 V是到达较小的动态和静态功耗的一个很好的折中电压。
规划中选用的是台积电供给的0.18 μm数字规范单元，规范作业电压为0.9 V～1.1 V。而EEPROM作业电压为0.9 V～1.2 V@读数据/1.8 V@写数据，所以进行写操作时需求用到电平转化将1.0 V转化到1.8 V的电压，以便进行数据的交互。
2.3 门控时钟的规划
为了下降芯片的功耗，规划中运用了门控时钟：用使能信号操控寄存器的时钟端，当使能信号有用时时钟翻转，不然时钟坚持在固定电平。因而时钟使能能够将电路中的部分电路处于闲暇状况，阻挠寄存器内部翻转和寄存器之间组合逻辑开关动作，以到达节约功耗的意图。图3所示为门控时钟的规划方案。
表1给出运用归纳东西Design Compiler对当时规划进行归纳后的功耗和面积陈述。能够看出，本规划运用门控时钟后，总的动态功耗下降了许多，而且在下降功耗的一同，面积也有了必定的减小。
2.4 安排模块规划办法
因为在规划中并不是一切的模块都一同作业，而是在某一个状况下，只敞开一个或几个模块，其他模块处于封闭状况，所以假如有用安排模块的开关，将会削减寄存器的开关翻转动作。规划中运用有限状况机依据不同的指令和状况转化敞开不同的模块来完结数据的处理要求和存储操作：当接纳前向数据时，敞开编码器、CRC核算/校验、和串并转化；当处理数据时，敞开模块有限状况操控机、EEPROM操控模块、静默计数器、随机数发生器；当回来数据时，敞开模块有限状况操控机、EEPROM操控模块、数据输出操控端、编码器其他模块封闭。因为每个模块在某个状况下才敞开，其他状况下封闭，故削减了不必要的开关动作，然后有用下降了功耗。
3 芯片测验
首要选用FPGA完结芯片的功用验证，以FPGA的可编程逻辑阵列为根本单元，完结ISO18000-6B的数字基带功用的硬件仿真验证。然后运用AS%&&&&&%芯片规划EDA东西将RTL顶层描绘映射为依据TSMC供给的方针工艺库的根本数字单元的物理电路，并生成CAD地图且提交给TSMC半导体工厂制造出来。
进行芯片测验时，运用先施阅读器发生RFID各种指令信号，经解调后输入到待测验芯片的数据输入端。芯片在电源、时钟源信号、复位信号的一起鼓励下进入正常作业状况并对输入指令数据进行呼应，将数据输出到调制电路，然后反射回阅读器。阅读器依据接纳到的信号决议下一步操作。在阅读器和待测芯片的交互进程中，可用逻辑分析仪调查中心进程。图4为先施阅读器对测验芯片发送read指令时，用逻辑分析仪捕捉的内部信号，其间信号data_in为解调器解调出的前向链路数据，信号data_out为芯片的回来数据。
从已流片芯片的测验成果看，标签芯片数字体系的规划很好地完结了契合ISO18000-6B协议的一切强制指令以及读写操作和锁存、查询锁存等根本功用，且在阅读器存盘操作下的均匀速率为45～60张/s，功耗为3.10μW，很好地完结了低功耗无源电子标签的规划。
