МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ МИКРОСХЕМЫ РАДИОЧАСТОТНОЙ МЕТКИ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ МАРКИРОВКИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ КРИТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Денис И. Сотсков, Владислав Н. Котов, Алексей В. Зубаков, Николай А. Усачев, Александр Ю. Никифоров, Дмитрий В. Бойченко

Аннотация


Представлена методика проектирования основной части блока управления питанием (БУП) микросхемы радиочастотной метки (РЧМ) УВЧ-диапазона. Методика представляет собой пошаговый алгоритм проектирования БУП и состоит из пяти взаимосвязанных этапов. На первом этапе осуществляется формирование требований к параметрам БУП (выходное напряжение, мощность постоянного тока на выходе, коэффициент полезного действия, емкость выходного конденсатора) и значению добротности аналогового тракта РЧМ. На втором этапе осуществляется проектирование электрической схемы умножителя напряжения (УН), предназначенного для преобразования напряжения входного радиочастотного (РЧ) сигнала в нестабилизированное постоянное напряжение. В ходе третьего этапа осуществляется проектирование электрической схемы ограничителя постоянного напряжения, необходимого для снижения уровня выходного напряжения УН до безопасного уровня. Результатом выполнения четвертого этапа является электрическая схема защиты от перенапряжения, предназначенной для обеспечения требуемого уровня стойкости микросхемы РЧМ к воздействию электростатического разряда и РЧ сигнала высокой мощности. В рамках заключительного этапа осуществляется оценка и приведение в соответствие с требуемым значением добротности аналогового тракта РЧМ. Предложенная методика может быть использована для оперативной разработки отечественных микросхем РЧМ УВЧ-диапазона (стандарты ISO 18000-6C, GJB 7377.1 и др.) на основе КМОП технологических процессов, в т.ч. микросхем РЧМ, предназначенных для применения на объектах критической инфраструктуры. С использованием представленной методики выполнено проектирование БУП с расчетным значением коэффициента полезного действия 70 %, оценочной добротностью аналогового тракта РЧМ менее 15 при мощности входного РЧ сигнала 12,7 дБм.

Ключевые слова


методика проектирования, радиочастотная метка, блок управления питанием, КМОП, УВЧ, цифровая маркировка, радиочастотная идентификация.

Полный текст:

PDF

Литература


1. Daniel M. Dobkin. The RF in RFID. The RF in RFID. UHF RFID in Practice. Newnes 2nd ed. 2013. – 540 p.

2. Сотсков Денис И. и др. Доверенный УВЧ тракт приемника систем цифровой маркировки и идентификации объектов критической инфраструктуры. Безопасность информационных технологий, [S.l.], т. 30, № 4, с. 114–127, 2023. ISSN 2074-7136. DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2023.4.07. – EDN: UZLYRP.

3. 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: 10.1109/MIEL.2014.6842176.

4. Lee J. -W., Phan N.D., Vo D. H. -T. and Duong V. -H. A Fully Integrated EPC Gen-2 UHF-Band Passive Tag IC Using an Efficient Power Management Technique. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014.
v. 61, no. 6, p. 2922–2932. DOI: 10.1109/TIE.2013.2278519.

5. Shen J. et al. Fully integrated passive UHF RFID transponder IC with a sensitivity of −12 dBm. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2013, p. 289–292.
DOI: 10.1109/ISCAS.2013.6571839.

6. Li S. et al. A −20 dBm Passive UHF RFID Tag IC With MTP NVM in 0.13-μm Standard CMOS Process. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. Dec. 2020, v. 67, no. 12, p. 4566–4579. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2020.3007952.

7. Zoscher L., Grosinger J., Muehlmann U., Watzinger H. and Bösch W. RF voltage limiters for passive differential UHF RFID front-ends in a 40 nm CMOS technology. IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Phoenix, AZ, USA. 2015, p. 1–4.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/MWSYM.2015.7166839.

8. Gomez-Casseres E.A., Arbulú S.M., Franco R.J., Contreras R. and Martínez J. Comparison of passive rectifier circuits for energy harvesting applications. IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE), Vancouver, BC, Canada. 2016, p. 1–6. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/CCECE.2016.7726840.

9. Zöscher L., Herkess P., Grosinger J., Muehlmann U., Amschl D., and Bösch W. Passive differential UHF RFID front-ends in a 40 nm CMOS technology. 47th European Microwave Conference (EuMC), Nuremberg, Germany. Oct. 2017, p. 105–108.
DOI: 10.23919/EuMC.2017.8230810.

10. Li Q., Xu Y., Li Q. and Zhang X. Design of a LDO Circuit Based on RFID Technology. IEEE 3rd International Conference on Circuits and Systems (ICCS), Chengdu, China. 2021, p. 1–5.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ICCS52645.2021.9697199.

11. Golhani M., Khatri R. and Bansod P.P. A Low Voltage Low Power Wide Supply CMOS Current Mode Bandgap Voltage Reference. IEEE Bombay Section Signature Conference (IBSSC), Gwalior, India. 2021,
p. 1–5. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/IBSSC53889.2021.9673414.

12. Papotto G., Carrara F. and Palmisano G. A 90-nm CMOS Threshold-Compensated RF Energy Harvester. IEEE Journal of Solid-State Circuits. Sept. 2011, v. 46, no. 9, p. 1985–1997.
DOI: http://dx.doi.org/10.1109/JSSC.2011.2157010.

13. Qian Ma, Waffaoui R. El, Baltus P. and van Roermund A. H. M. A broadband frontend design for UHF RFID tag. 19th IEEE Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT), Eindhoven, Netherlands. 2012, p. 1–12.
DOI: 10.1109/SCVT.2012.6399406.

14. Rikan, B.S.; Kim, D.; Choi, K.-D.; Hejazi, A.; Yoo, J.-M.; Pu, Y.; Kim, S.; Huh, H.; Jung, Y.; Lee, K.-Y. T/R RF Switch with 150 ns Switching Time and over 100 dBc IMD for Wideband Mobile Applications in Thick Oxide SOI Process. Sensors. 2022, 22, no. 2: 507.
DOI: https://doi.org/10.3390/s22020507.

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




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2024.2.10

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


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