عنوان پایان‌نامه
طراحی و شبیه¬سازی بلوکهای سازنده فرستنده¬ یک بازخوان RFID در باند فرکانسی UHF در تکنولوژی CMOS
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66336
- تاریخ دفاع
- ۳۰ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- مسعود آیت
- استاد راهنما
- بهجت فروزنده
- چکیده
- فناوری شناسایی فرکانس رادیویی، موسوم به RFID اگر چه فناوری قدیمیست اما کاربرد گسترده آن در چند سال اخیر، باعث مطرح شدن آن به عنوان یکی از موثرترین، فناوری‌های حال حاضر شده است. اهمیت ویژه شناسایی فرکانس رادیویی و محدودیت‌های آن در استفاده، کاربرد این فناوری را تا قرن جدید به تأخیر انداخته است. محدودیت‌هایی که اگرچه تا حدودی مرتفع شده‌اند اما هنوز هم به عنوان چالش‌های پیش رو مطرح هستند. اما اهمیت شناسایی فرکانس رادیویی به کاربرد گسترده و متفاوت در عرصه‌های مختلف مربوط می‌شود که دائماً به آن افزوده می‌شود. این کاربردها اکثراً به توان مصرفی برچسب‌ها، فاصله قرائت از برچسب، قابلیت ذخیره سازی برچسب و استاندارد مورد استفاده محدود می‌شود که نشان می‌دهد اگر چه به صورت روز افزون از این فناوری استفاده می‌شود، اما هنوز تا اوج فاصله زیادی وجود دارد. شناسایی فرکانس رادیویی به دو بخش بازخوان و برچسب تقسیم می‌شود که هر کدام از آن‌ها از یک فرستنده - گیرنده کامل به اضافه قسمت باند‌پایه تشکیل شده‌اند. بازخوان و برچسب توسط استانداردی با هم ارتباط برقرار می‌کنند. که به مرور زمان کامل شده است و امروزه از استاندارد نسل دوم استاندارد EPC Global استفاده می‌شود. در این پایان‌نامه، طراحی مدارهای آنالوگ بخش‌هایی از فرستنده بازخوان شناسایی فرکانس رادیویی غیرفعال بازتابشی UHF که شامل میکسر، تقویت‌کننده‌ی توان و تقویت کننده با بهره‌ی متغیر است، مطابق با مشخصات برچسب کلاس یک از نسل دوم استاندارد EPC Global، صورت گرفته است. در این طراحی سعی شده خطسانی مناسبی برای تمام بلوک‌ها لحاظ شده تا بتوان بدون نگرانی به ارسال سیگنال با مدولاسیون دامنه مبادرت کرد. میکسر پیشنهادی بر پایه معماری سلول گیلبرت برای خطسانی بالا به جای بهره بالا طراحی شده است. برای این منظور از مقاومت بار کوچک و حذف هارمونیک سوم در طبقه ترارسانی و برای کاهش تصویر نویز از حذف گذر از صفر نوسانساز بهره جسته شده است. نقطه تداخل مرتبه سوم، بهره و تصویر نویز این میکسر به ترتیب برابر ??، ?/? و ??dB ست. تقویت کننده توان در شناسایی فرکانس رادیویی بخاطر نوع مدولاسیون به خطسانی بالا و برای استفاده در دستگاهای قابل حمل، به بازده بالا و ساخت تمام قطعات از جمله سلفها و ترانسفورماتور بر روی تراشه نیاز دارد. برای حصول به این اهداف از ترکیب کلاس B با یک تقویت کننده‌ی متغیر که با توجه به توان ورودی آن بین دو کلاس C و AB تغییر وضعیت می‌دهد استفاده شده است. و سلفها و ترانسفورماتور با هدف ساخت بر روی تراشه توسط نرم‌افزار شبیه‌ساز الکترومغناطیس طراحی و شبیه‌سازی شده است. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که بازده، توان خروجی و نقطه فشردگی این تقویت کننده به ترتیب برابر ???، ??dBm و ??dBm است. دو تقویت کننده با بهره متغیر و کنترل آنالوگ در این پایان‌نامه طراحی شده است. که یکی برای فرکانس پایین بر پایه بسط تیلور و دومی برای فرکانس بالا توسط عملکرد ترانزیستورها در ناحیه ترایود و زیرآستانه است. تغییر بهره این تقویت کننده نزدیک ??dB و نقطه فشردگی آن در حدود ?/?dB است. کلمات کلیدی:شناسایی فرکانس رادیویی، میکسر، تقویت کننده توان، تقویت کننده با بهره متغیر
- Abstract
- Although Radio Frequency Identification known as RFID is an old technology, its great usage during the recent years made it one of the most effective current technologies. Importance of RFID and its limitations have deferred its usage to this century. Although most of these limitations are solved partially, there are still many challenges. Importance of RFID is due to its wide range of applications which is always increasing. The main challenges of these applications are power consumption of the tags, reading distance, their amount of memory and their communication protocol. These challenges show that despite their increasing usage, there is still lot to improve. RFID is divided to reader and tag each of which, consists of a complete transceiver and a base-band stage. Communication protocol between reader and tags are developed during the time. Nowadays second generation standards are used. In this thesis, some parts of transmitter of UHF back-scattering RFID reader are designed. These parts include mixer, power amplifier and variable gain amplifier. During these designs, the main focus was on high linearity of all the blocks so that they could be used for amplitude modulation without any problem. The proposed mixer is based on Gilbert-cell architecture due to high linearity instead of high gain. In this design, a low load resistance and a subthreshold-based third harmonic cancellation technique is used in transconductance stage. Moreover, an LO Zero Crossing points cancellation technique is used to improve Noise Figure of the mixer. IIP3, Gain, and Noise Figure if this mixer are equal to 3.2, 11dBm and 16dB respectively. Power amplifier in RFID systems should have high linearity due to the modulation used. In order for them to be portable, all the elements including inductors and transformers should be fabricated on-chip and their efficiency should be high. To achieve this, a class A amplifier is used with another amplifier which can switch between class C an AB according to input power. Inductors and transformers are designed and simulated using electromagnetic solver tool to be implemented on-chip. Simulation results shows that Efficiency, Output Power and P1dB of the power amplifier are equal to 29%, 25dBm and 24dBm respectively. Two variable gain amplifiers with analog control are presented in this thesis. One of them works based on Taylor Concept in lower frequencies and the other one is used for higher frequencies based on operation of transistors in Triode and Sub-threshold Regions. Gain variation range of this amplifier is about 80dB and it has a P1dB of about 2.6dBm. Keywords:RFID, Mixer, Power Amplifier, Variable Gain Amplifier
