专利名称：Rfid标签电路的模拟仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体电路的仿真方法，尤其是一种RFID标签电路的模拟仿真方法。
背景技术：
现有的RFID系统包含发射13. 56MHz信号的HF读卡器及标签和天线组成，实际发 射的带有调制信号的载波自读卡器天线通过物理空间与标签的天线进行耦合，标签芯片通 过自己的天线和内部的电容产生谐振，无源标签芯片通过整流器取出能量作为整个芯片的 电源，同时标签芯片的解调器解调输出读卡器发出的信号。标签芯片信号的发射则是通过 改变天线上的负载，使标签天线上谐振的幅度发生改变，通过与读卡器天线的耦合，使读卡 器天线上的幅度也发生变化，通过读卡器上信号放大电路和信号读取电路完成标签对读卡 器芯片的信号发射。在设计RFID标签电路而进行仿真时，如何实现上述的物理过程需要准 确的建模和相应的电路设计。目前在设计标签芯片进行仿真时采用的方法是直接在标签天 线的两端加信号源，如图1所示，其中VO V4是不同的控制信号源，Sl S4是理想开关， Rl R4是设计的分压电阻。现有的模拟仿真方法的缺点是所加载的信号源是恒定的，其阻 抗不发生变化，如图2所示，该信号是完美的正弦波，这与天线两端在实际工作过程中阻抗 不断变化而形成的波形是不一致的，和实际芯片的真实物理环境也不完全相同，设计的芯 片需要多次流片才能达到与实际测试环境下的数据相一致。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种RFID标签电路的模拟仿真方法，能够模 拟出RFID标签电路真实的工作环境，准确的对RFID标签电路进行仿真。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，所述RFID标签电路的模型通过天线 接收信号来完整各种仿真操作，采用幅度调制器的模型模拟读卡器发射的带调制信号的载 波及其能量，并将所述信号通过互感系数从所述幅度调制器耦合到RFID标签电路的天线， 来模拟实际场强的大小。本发明通过采用幅度调制器模拟读卡器发出信号，并通过互感系数耦合到RFID 标签电路的芯片，模拟出RFID标签电路真实的工作环境，准确的对RFID标签电路进行仿直ο
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为现有的RFID标签电路模拟仿真的示意图；图2为现有的RFID标签电路模拟仿真的信号波形图；图3为本发明RFID标签电路模拟仿真的示意图；图4为本发明RFID标签电路模拟仿真的信号波形图。
具体实施例方式本发明公开了一种RFID标签电路的模拟仿真方法，所述RFID标签电路的模型通 过天线接收信号来完整各种仿真操作，本发明采用幅度调制器的模型模拟读卡器发射的带 调制信号的载波及其能量，并将所述信号通过互感系数从所述幅度调制器耦合到RFID标 签电路的天线，来模拟实际场强的大小。IS014443协议所规定的RFID标签工作原理是采用读卡器和标签天线的电感磁耦 合进行数据通信，作为无源标签，标签工作直流电源可以通过电感的磁耦合从读卡器中获 取。读卡器产生高频的强电磁场，这种磁场穿过天线的横截面和线圈周围的空间，因为使用 的频率范围(13.56MHz)内的波长比读卡器天线和标签之间的距离大许多倍，可以把天线 之间的电磁场当作简单的交变磁场来处理。高频电流流过读卡器天线电感会在空间中产生 磁场，该磁场耦合到标签上的天线(电感)内，产生互感，通过该互感将阅读器的电流部分 耦合到了标签天线上，将该电压整流后就可以作为标签的直流电源，将该电压所含的调制 号解调出来就可以激活特定的标签或单元。本发明RFID标签电路的模拟仿真方法如图3 所示，信号的发射是通过一个可以调整载波频率的幅度(AM)调制器的行为级模型来实现， 将调制信号源的信号和载波信号调制成AM信号，幅度的调制受读卡器要发送的逻辑信号 控制，产生的带具体信息的载波再通过一个电压控制电压源(VCVQ对读卡器的天线进行 谐振，通过对读卡器天线与RFID标签电路天线间的互感系数来模拟实际标签和读卡器之 间的物理距离(也即实际场强的大小)和能量的大小，标签的接收端则通过标签的天线在 13. 56MHz频率附近耦合读卡器发出的能量，通过标签芯片的封装传输到标签的内部整流器 电路，图4是本发明在标签天线上的感应波形图，其波形已经不再是简单的正弦波，而是会 随天线阻抗的变化而发生变化，更加逼真的反映出RFID标签电路工作时的实际情况。本发明对读卡器采用行为级模型建摸，将输出带调制信号的载波转换成电压控制 的电压源控制读卡器的天线，通过互感系数的调节来模拟实际场强的大小，通过对标签天 线电感的耦合来接收读卡器发出的信号。通过改变标签芯片内部的逻辑来改变标签芯片天 线上的信号幅度，再耦合回读卡器的天线来完成标签对读卡器信号的反向发射。具体实施 是采用将需要发送的信号采用HSPICE格式的脉宽调制信号在一定的时间段内写成逻辑信 号加到如下的AM(幅度调制)的行为级Verilog模型上module am—modulator(vin， vout)； input vin; output vout； electrical vin, vout；parameterrealf—carrier二 1M;parameterrealvin—max =1；parameterrealvin—min =-ι；parameterrealmod_depth=0. 5 from
parameterrealunmod—amp二 2 from (0:inf)real vin—val， vin_adjusted;real vin—offset;real vin_scale；real w_carrier；analog begin@ ( initial_step ) beginvin_offset = (vin_max + vin_min)/2； vin—scale = (vin_max - vin_min)/2; w_carrier 二 (2氺 PI氺f—carrier)； if (vin_max <= vin—min) begin$display(''Range specification error. vin_max = (%E) less than vin_min = (%E).\n〃，vin_max, vin—min );$finish;endend//// clip out of range inputs//vin—val 二 V(vin) > vin—max ？ vin_max : V(vin)； vin—val = vin_val < vin—min ？ vin—min : vin_valIlIl adjust the input for modulation//vin—adjusted = (vin一val - vin—offset) / vin—scale;//// generate the modulated outputIlV(vout) <+ unmod_amp 氺(1 + mod一depth * vin_adjusted )本 cos (w_carrier 氺 $abstime)；//// to ensure at least 25 points in an output cycle//$bound—step (0. 04 / f_carrier)；end endmodule通过对其设定载波的频率(现为13. 56MHz)及信号的最大/最小幅度和调制深 度，得到含载波和调制信号的读卡器输出信号，再通过一个电压控制电流源去控制读卡器 的天线，模拟实际读卡器天线发射的真实信号来完成信号的发射。实际物理空间的场强则 通过互感系数M的大小来表示与标签的天线耦合的强度，再连接实际芯片封装的寄生模型 (含引线电感、引线电阻和寄生电容)及后续的设计的RFID标签芯片，进入标签的射频感应 电路部分。通过这整个完整的系统可以模拟实际的读卡器，两个天线的耦合及RFID标签和 封装的物理环境，实现双向的通讯全仿真，进行RFID标签芯片的设计和诊断。综上所述，本发明通过采用幅度调制器模拟读卡器发出信号，并通过互感系数耦 合到RFID标签电路的芯片，模拟出RFID标签电路真实的工作环境，准确的对RFID标签电 路进行仿真。
权利要求
1. 一种RFID标签电路的模拟仿真方法，所述RFID标签电路的模型通过天线接收信号 来完整各种仿真操作，其特征在于，采用幅度调制器的模型模拟读卡器发射的带调制信号 的载波及其能量，并将所述信号通过互感系数从所述幅度调制器耦合到RFID标签电路的 天线，来模拟实际场强的大小。
全文摘要
本发明公开了一种RFID标签电路的模拟仿真方法，所述RFID标签电路的模型通过天线接收信号来完整各种仿真操作，采用幅度调制器的模型模拟读卡器发射的带调制信号的载波及其能量，并将所述信号通过互感系数从所述幅度调制器耦合到RFID标签电路的天线，来模拟实际场强的大小。本发明通过采用幅度调制器模拟读卡器发出信号，并通过互感系数耦合到RFID标签电路的芯片，模拟出RFID标签电路真实的工作环境，准确的对RFID标签电路进行仿真。
文档编号G06F17/50GK102054057SQ20091020178
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者朱红卫 申请人:上海华虹Nec电子有限公司