射頻識別（RFID）技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣。由于具有非觸點和非視距的特性，RFID特別適用于供應(yīng)鏈的管理。無源RFID在低頻（125 kHz）和高頻（13.56 MHz）市場上出現(xiàn)已經(jīng)有一段時間了。在2003年以前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種UHF RFID標準。麻省理工學(xué)院汽車標識中心（Massachusetts Institute of Technology‘s Auto-ID Center）（位于馬薩諸塞州劍橋）意識到了多種專利RFID標準的問題，認識到地方性的協(xié)議會阻止RFID技術(shù)的發(fā)展和普及。為營造互用和國際性遵從的規(guī)章，就需要單一、開放的標準。他們推薦的下一代UHF RFID——即Gen 2標準的前身有兩個意義。一旦單一國際性標準確立下來，基于UHF RFID的系統(tǒng)應(yīng)用將更快、使用更方便、價格更便宜、系統(tǒng)更魯棒；會出現(xiàn)多供應(yīng)商渠道。該汽車標識中心2003年6月在瑞士蘇黎世一個討論會上提出啟動Gen 2的工作。他們最終將開發(fā)和商業(yè)化該標準的工作轉(zhuǎn)化成EPCglobal， 2004年12月已將該標準批準為“860 MHz到960 MHz第二代UHF RFID通訊協(xié)議”。

從RFID IC設(shè)計角度看，RFID存在兩個主要的設(shè)計約束：功率可用性/帶寬和應(yīng)答器的復(fù)雜性。無源UHF RFID應(yīng)答器設(shè)計要求折衷考慮功率要求、復(fù)雜性和芯片尺寸等因素，以獲得期望的性能。

目前，一些主要國家對UHF工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）頻段的頻譜分配、帶寬和輻射功率的要求差異很大。（輻射功率常被定義為有效的各向同性輻射功率（EIRP））。根據(jù)“EPC全球”標準，UHF頻段范圍從860 MHz到960MHz，允許的功率水平為4W。但不同地區(qū)對UHFISM頻段的要求不同：在北美，UHF ISM頻段為902 MHz到928 MHz，最大EIRP為4W；在歐洲，UHF ISM頻段為865MHz到868 MHz，最大EIRP為2W；在日本，UHF ISM頻段為952MHz到954 MHz，最大EIRP為4W。

應(yīng)答器的復(fù)雜性是另一個設(shè)計約束因素。應(yīng)答器的接收范圍取決于RF IC片（標簽）的最低導(dǎo)通功率（閾值功率）。在UHF RFID系統(tǒng)中，無源反向散射原理經(jīng)常用在從標簽到讀卡器的反向鏈路中?？勺x取范圍常常由從讀卡器到標簽的前向鏈接中標簽的可用輻射功率決定，這是因為到達讀卡器RF前端的可用反向散射信號強度大約為-25～-65dBm。

圖1：基本的UHF RFID應(yīng)答器由整流器、調(diào)制器、解調(diào)器以及處理邏輯電平協(xié)議和存儲功能的數(shù)字電路。

如何選擇合適的工藝來制造RFID應(yīng)答器芯片也是一個挑戰(zhàn)。為滿足低功耗要求，通常使用導(dǎo)通電壓低、結(jié)電容低以及驅(qū)動電流大的肖特基點觸點型二極管。因為生產(chǎn)肖特基觸點的工藝不屬于標準硅CMOS半導(dǎo)體工藝，所以現(xiàn)在正在對用標準（低成本）數(shù)字體CMOS工藝制造肖特基觸點進行研究。對更昂貴工藝的研究也在進行，例如可制造高速雙極結(jié)型晶體管（BJT）器件的硅BiCMOS，以及低功耗性能非常優(yōu)異的絕緣硅（SOI）技術(shù)。下面討論設(shè)計基本UHF RFID應(yīng)答器所需的RF電路關(guān)鍵技術(shù)，包括整流器、調(diào)制/解調(diào)器和數(shù)字模塊等關(guān)鍵模塊。

RFID應(yīng)答器的整流器電路

UHF RFID應(yīng)答器由4個構(gòu)建塊組成：整流器、調(diào)制器、解調(diào)器以及處理邏輯電平協(xié)議和存儲功能的數(shù)字電路（圖1）。在無源RFID系統(tǒng)中，能量取自于入射的詢問波。因為詢問波的能量很少，所以將應(yīng)答器的功率保持在最小水平非常關(guān)鍵。

無源RFID應(yīng)答器利用整流器電路將耦合的電磁波功率轉(zhuǎn)換成芯片所需的直流電壓。描述整流器電路性能的參數(shù)包括輸入阻抗Zin或芯片的品質(zhì)因子（Q）、芯片的運行功率Pin和電壓Vin。整流器電路必須能將入射RF能量以最大效率（η）轉(zhuǎn)換成直流能量。電路設(shè)計工程師必須在維持高轉(zhuǎn)換效率的同時，獲得最大的輸出電壓及輸入阻抗。普通的全波整流器和Dickson電荷泵為兩個常用的整流結(jié)構(gòu)。

采用兩個二極管級聯(lián)結(jié)構(gòu)的全波整流器很常見。此外還存在這種結(jié)構(gòu)的變體，包括一些基于NMOS和PMOS開關(guān)的結(jié)構(gòu)。最主要的是，全波整流器的效率很高。但是，全波整流器要求輸入電壓超過3 VTH，這樣芯片可以輸出期望的輸出電壓。因此，全波整流器電路在UHF RFID應(yīng)用中的工作范圍有限，除非它帶有高輻射電阻天線和高Q值匹配網(wǎng)絡(luò)，以便對輸入電壓進行放大。匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值一般只為10量級。

圖2：Dickson電荷泵是UHF RFID整流器電路的一種可選結(jié)構(gòu)，圖中是Dickson電荷泵的工作原理圖。

UHF RFID整流器電路的另一種可選結(jié)構(gòu)是Dickson電荷泵（圖2），它主要用在非易失性存儲器中，以產(chǎn)生EEPROM電路所需的高編程電壓。因為大多數(shù)RFID芯片也包含非易失性存儲器，所以設(shè)計工程師可以重用該電路拓撲，實現(xiàn)產(chǎn)生高電壓的電路，從而節(jié)省開發(fā)時間。

Dickson結(jié)構(gòu)的簡化等式如式1。

其中，Vp，RF =輸入RF信號幅度，Vf，D=二極管正向壓降。

Dickson電荷泵幾乎可用任何半導(dǎo)體器件來構(gòu)建，但采用肖特基二極管和低閾值電壓（VTH ）MOSFET的設(shè)計具有最佳性能。Dickson電荷泵電路要求輸入電壓很小，設(shè)計工程師可以通過控制級數(shù)（N）來選擇想要的輸出電壓和輸入阻抗。但由于整流器件數(shù)量多，并存在泄漏電流和寄生參數(shù)，Dickson電荷泵的功率轉(zhuǎn)換效率較低。