文档介绍：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
博士学位论文
非接触式IC卡天线的集成化研究及芯片设计
姓名:倪昊
申请学位级别:博士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:徐元森
20030402
摘要非接触式卡系统最大的特点是采用技术非接触识别,除了具有卡固有的存储容量大、安全性高、应用范围广、对网络要求低等特点外,还有其独特的优点:应用的可靠性高、保密性高、操作速度快、可识别高速运动的卡、可同时处理多张卡、可实现一卡多用。它以无线方式通信,无须外露电触点,可以按不同的应用要求来封装,可以抵抗恶劣环境。由于它的优点,在国外非接触式卡己被广泛应用于众多领域,在中国也正在很快地普及。因此,研究、开发、应用非接触式卡系统有着重大的意义。目前,非接触式卡已经在芯片上实现了射频接口电路、逻辑控制电路和存储电路,然而,作为非接触式卡获取能量和时钟、数据信号所必不可少的中介,非接触式卡的天线并没有集成在咂稀U庖环矫婕ù筇岣吡酥瓶ǔ本,另一方面也限制了应用豹灵活性,从而限制了非接触式卡的应用范围。因此,对非接触式卡天线的集成化并且实现非接触式卡的——展开研究,不仅可以大大促进我国智能卡应用的进一步发展,同时也将为我国开辟新的高科技产业机会。本论文在大量深入凋研的基础上,围绕非接触式卡天线的集成先后在上海信息技术与微系统研究所工艺线卜和利用与上海贝岭公司合作的机会在其工艺线卜进行了大量的实验研究,得到了满意的结果;并且参照的疏耦合时曜迹诙韵喙卦斫猩钊胙芯康幕∩希捎集成天线完成了整个非接触式卡的设计工作,针对具体的问题,提出了。些新的观点和设计方法。论文的主要研究工作和创新结果摘要如下:⒍苑墙哟ナ絀ǖ南低吃斫辛私樯埽饕D谌莅ǎ航樯芰朔墙哟式卡系统的构成和系统的射频通信技术,对非接触式卡现存协议进行了相互比较,对非接触式卡系统的工作过程进行了描述;⒍苑墙哟ナ絀ㄌ煜呓辛思苫杓疲饕D谌莅ǎ悍治隽朔平哟式卡天线的耦合原理,在天线小型化设计、实验和测试以及充分调研和借鉴目酊在硅集成电感的设计和工艺中所采用的先进方法的基础酆峡悸欠墙哟式卡天线集成化设计所需考虑的各方面的因素,建立了集成天线的模型,给中国科学院上侮微系统与信息技术研究所博十学位论文
出了合理的设计方案,并通过实验验证了模型和设计方案;⒀芯坎⑸杓屏朔墙哟ナ絀ǖ纳淦到涌诘缏贰NE浜霞商煜叩氖褂茫设计了全新的低电压损耗的电源产生电路;针对标准,提出了一种可以同时用于对%和サ姆鹊髦菩藕沤薪獾鞯慕獾鞯缏方峁梗翰⑼瓿闪射频接口电路中其他功能模块的设计:⒃诜治鲇跋於列雌骱头墙哟ナ絀ㄖ渫ㄐ虐踩蛩氐幕∩希岢隽采用循环冗余校验技术以确保通信过程数据的完整和真实,通过防冲突机制以避免通信时多卡操作造成的数据混乱,并且给出了相应的硬件解决方案,设计出砥骱头莱逋豢刂频缏罚⒏騃曜迹治隽朔墙哟ナ絀ń邮堋⑹侗鸷拖煊久的全过程,完成了相关的数字逻辑电路的硬件设计;⒀芯亢蜕杓屏似贓谋喑痰缪共缏罚杓屏艘恢炙俣瓤臁驱动能力强的电荷泵电路。按照对的擦、读和写的操作要求,设计了相关的高压控制、稳定电路、高压开关电路、疧接口电路以及与之相关的控制电路,并设计了腅低场⒔樯芰艘恢肿远ㄐ榭7⒊晒Φ姆墙哟ナ絀ā8眯榫哂斜菼高的通信速率;在与公交卡相同的测试条件下,可以达到的读写距离。论文中对设计的结果进行了模拟验证,并进行了版图设计工作,目前版图设计已经完成,将在上海贝岭工艺线上进行流片。非接触式卡天线的集成化研究及芯片设计中圈科学院卜栉⑾低秤胄畔⒓际鮸究所博士学位论文
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言引非接触式卡系统最大的特点是采用技术非接触识别,除了具有卡固有的存储容量大、安全性高、应用范围广、对网络要求低等特点外,还有其独特的优点:应用的可靠性高、保密性强、操作速度快、可识别高速运动的卡、可同时处理多张卡、可实现一卡多用。它以无线方式通信,无须外露电触点,可以按不同的应用要求来封装,可以抵抗恶劣环境—。由于其优点,在国外非接触式卡已被广泛应用于诸如工业自动化、商业自动化、交通运输管理等众多领域;在中国自年金卡工程实施以来,非接触式卡也正在很快地普及,其典型应用包括:公交一卡通、社保卡、身份证卡、门禁保安等等。由此可见,非接触式卡具有广阔的发展前景。目前,非接触式卡已经在芯片迪至松淦到涌诘缏贰⒙呒刂频缏泛存储电路,然而,作为非接触式卡获取能量和时钟、数据信号所必不可少的中介,非接触式卡的天线并没有集成在芯片上。这一方面极大提高了制卡成本,另一方面也限制了应用的灵活性,从而限制了非接触式卡的应用范围。因此,对非接触