ДОВЕРЕННЫЙ УВЧ ТРАКТ ПРИЕМНИКА СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ МАРКИРОВКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Денис И. Сотсков, Алексей В. Зубаков, Николай А. Усачев, Александр В. Ермаков, Александр Ю. Никифоров

Аннотация


Представлены результаты проектирования сложно-функциональных блоков из состава УВЧ тракта приемника систем цифровой маркировки и идентификации – малошумящего усилителя, квадратурного демодулятора и видеоусилителя со встроенным фильтром нижних частот, предназначенных для изготовления по отечественной КМОП технологии 180 нм. Малошумящий усилитель выполнен с интегрированной схемой шунтирования входа и включает также два переключателя сигналов с одним входом и двумя выходами, реализованных на основе МОП-транзисторов. Применение данного подхода позволило увеличить значение верхней границы линейности по входу УВЧ тракта приемника на величину не менее 30 дБ при увеличении значения интегрального коэффициента шума. Квадратурный демодулятор выполнен по классической схеме построения – в качестве смесительного ядра использовано пассивное кольцо на МОП-транзисторах. Видеоусилитель с программируемым коэффициентом усиления реализован совместно с интегрированным фильтром нижних частот, построенным на основе биквадратных звеньев Тоу-Томаса. Сложно-функциональные блоки предназначены для разработки приемопередающих СБИС считывателей с чувствительностью не более -75 дБм и верхней границей линейности амплитудной характеристики по входу в режиме «Talk» не менее 10 дБм. Характеристики доверенности приемного тракта обеспечиваются за счет применения собственных схемно-топологических решений, предполагающих верификацию в ходе экспериментальных исследований и испытаний кристаллов. Значения электрических параметров рассматриваемого в настоящей работе приемного тракта соответствуют зарубежным аналогам, выполненным по КМОП технологиям со схожими проектными нормами. Таким образом, актуальным является создание на основе рассматриваемой приемопередающей СБИС отечественных считывателей стандарта ISO 18000-6C, предназначенных для применения на объектах критической инфраструктуры.

Ключевые слова


КМОП, сложно-функциональный блок, приемник, УВЧ, цифровая маркировка, радиочастотная идентификация.

Полный текст:

PDF

Литература


1. Usachev N.A., Elesin V.V., Nikiforov A.Y. and Telets V.A. Behavioral approach to design universal UHF RFID reader transceiver ICs. 29th International Conference on Microelectronics Proceedings – MIEL 2014, Belgrade, Serbia. 2014, p. 405–408.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MIEL.2014.6842176.

2. Сотсков, Денис И. и др. Специализированная СВЧ библиотека для разработки приемопередающей доверенной ЭКБ. Безопасность информационных технологий, [S.1.], т. 30, № 3,
с. 104–115, 2023. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2023.3.07. – EDN FFKHYD.

3. Сотсков Д.И., Зубаков А.В., Усачев Н.А., Жидков Н.М., Ермаков А.В. Библиотека базовых элементов и функциональных блоков отечественных приемо-передающих БИС УВЧ-диапазона. Российский форум «Микроэлектроника 2023». 9-я Научная конференция «ЭКБ и микроэлектронные модули». Сборник тезисов. 2023, с. 293–294. УДК 621.3.01/.09.

4. Gramegna G., Magazzo A., Sclafani C., Paparo M. and Erratico P. A 9mW, 900-MHz CMOS LNA with 1.05dB-noise-figure. Proceedings of the 26th European Solid-State Circuits Conference. 2000, p. 73–76.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ESSCIR.2000.186457.

5. Jie Li, S. M. Rezaul Hasan. A 12dB 0.7V 850W CMOS LNA for 866MHz UHF RFID reader. Active and Passive Electronic Components. 2010, v. 2010, 5 p.
DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2010/702759.

6. Hung Y.-T., Tsai S.-H., Chen Y.-C. and Huang Z.-Y. A 0.18µm 3.25–5.6GHz and 6–10.4GHz band switchable low noise amplifier. IEEE International Conference on Ultra-Wideband, Nanjing, China. 2010, p. 1–4.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ICUWB.2010.5615270.

7. Cui Y. et al. Process Variation Compensation of a 2.4GHz LNA in 0.18um CMOS Using Digitally Switchable Capacitance. IEEE International Symposium on Circuits and Systems, New Orleans, USA. 2007,
p. 2562–2565. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISCAS.2007.377838.

8. Новиков М.А., Жидков Н.М., Усачев Н.А. Программные средства синтеза пассивных элементов технологических библиотек. Российский форум «Микроэлектроника 2023». 9-я Научная конференция «ЭКБ и микроэлектронные модули». Сборник тезисов. 2023, с. 297–298. УДК 621.3.01/.09.

9. Mohan S.S., Hershenson M. del Mar, Boyd S.P. and Lee T.H. Simple accurate expressions for planar spiral inductances. IEEE Journal of Solid-State Circuits. Vol. 34, no. 10, p. 1419–1424, Oct. 1999.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/4.792620.

10. Ji Chen and Juin Jei Liou. On-Chip Spiral Inductors for RF Applications: An Overview, Journal of Semiconductor Technology and Science. Vol. 4, no. 3, 2004, p. 149–167. ISSN: 1598-1657. URL: https://www.researchgate.net/publication/228865439_On-Chip_Spiral_Inductors_for_RF_Applications_An_Overview (дата обращения: 25.10.2023).

11. Patent. US10320350B1. System and method for bypassing a low noise amplifier. T. Leitner,
D. Schroegendorfer, H.D. Wohlmuth. Опубл. 11.06.2019.
URL: https://patents.google.com/patent/US10320350B1/en (дата обращения: 25.10.2023).

12. Елесин В.В., Назарова Г.Н., Усачев Н.А., Чуков Г.В. Методика оптимизации малосигнальных параметров монолитных СВЧ-переключателей сигналов на МОП-транзисторах. Микроэлектроника.
2017, т. 46, № 5, c. 393–400.
DOI: http://dx.doi.org/10.7868/S0544126917050106.

13. Poh A. and Zhang Y.P. Design and Analysis of Transmit/Receive Switch in Triple-Well CMOS for MIMO Wireless Systems. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. V. 55, no. 3, 2007, p. 458–466.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TMTT.2006.890510.

14. Schrögendorfer D. and Leitner T. Analysis and Design of a Broadband Output Stage With Current-Reuse and a Low Insertion-Loss Bypass Mode for CMOS RF Front-End LNAs. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. V. 68, no. 5, p. 1800–1813, May 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2020.3018407.

15. Bao Kuan, Fan Xiangning, Li Wei, Wang Zhigong. A wideband current-commutating passive mixer for multi-standard receivers in a 0.18 μm CMOS. Journal of Semiconductors. V. 34, no. 1, 2013.
DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1674-4926/34/1/015003.

16. Jusung Kim, José Silva-Martínez. Low-Power, Low-Cost CMOS Direct-Conversion Receiver Front-End for Multistandard Applications. IEEE Journal of Solid-State Circuits. V. 48, no. 9, p. 2090–2103, 2013.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2013.2265781.

17. Sun X.G., Chi B.Y., Zhang C., Wang Z.Q. and Wang Z.H. Ultrahigh-frequency radio frequency identification reader receiver with 10 dBm input P1 dB and -74 dBm sensitivity in 0.18μm CMOS. Circuits, Devices Systems, IET. V. 5, no. 5, p. 392–402, 2011.
DOI: http://dx.doi.org/10.1049/iet-cds.2010.0291.

18. Zhang X., Mirabbasi S. and Lampe L. A Temperature-stable 60-dB programmable-gain amplifier in 0.13-µm CMOS. IEEE International Symposium of Circuits and Systems (ISCAS), Rio de Janeiro, Brazil. 2011,
p. 1009–1012. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ISCAS.2011.5937739.

19. Zhang C.; Shang L.; Wang Y.; Tang L. A CMOS Programmable Fourth-Order Butterworth Active-RC Low-Pass Filter. Electronics. V. 9, no. 2, p. 204, 2020.
DOI: http://dx.doi.org/10.3390/electronics9020204.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2023.4.07

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.