Zasnova časovno zveznega digitalnega oddajnika za bližnjo komunikacijo z oblikovanjem modulacijskih pulzov s faznim zamikomKOROŠAK, ŽIGA (Avtor) Pleteršek, Anton (Mentor) digitalni oddajnikdigitalno-časovni pretvornikfazni modulatorzamikanje fazeNFCRFIDoddajnik.V doktorskem delu predstavimo časovno zvezni digitalni oddajniški sistem izpraševalnika za oddajo signalov visokofrekvenčne (HF) radiofrekvenčne identifikacije (RFID). Oddajniški sistem je zasnovan skladno z najnovejšo verzijo specifikacij NFC Forum Analog Technical Specification [1] in EMVCo EMV Level 1 Specifications for Payment Systems Contactless Interface Specification [2]. Poleg tega smo pri načrtovanju upoštevali zahteve, ki so prisotne v standardu ISO 14443 [3], vendar trenutno še niso prisotne v zgoraj omenjenih specifikacijah. Namen doktorskega dela je bilo pregledati strokovno literaturo in poiskati sodobne rešitve, ki so uporabljene tudi na gigaherčnem področju in so primerne za adaptacijo na tehnologije HF RFID. Časovno zvezno digitalno tehnologijo smo identificirali kot obetavno za zadostitev zahtev za porabo energije oz. učinkovitost oddajnika, za učinkovito porabo površine na siliciju in za implementacijo dodatnih funkcionalnosti, ki so potrebne za zadostitev specifikacijam. V delu opišemo koncept izdelanega oddajnika, ga primerjamo z alternativnimi rešitvami in poudarimo prednosti izdelanega koncepta. Izvedemo tudi meritve, s katerimi prikažemo, da je izdelani koncept kompatibilen z verzijo specifikacije NFC Forum Analog Technical Specification 2.1 in da presega zahteve specifikacije. Prva motivacija za to delo je bila izdaja specifikacije NFC Forum Analog Technical Specification 2.1, ki je zaostrila zahteve glede na prejšnje specifikacije. Druga motivacija je bilo izboljšanje kompatibilnosti NFC izpraševalnikov z različnimi antenami. V uvodu opišemo rešitve za oddajnike na področju HF RFID in drugih protokolov, ki za komunikacijo uporabljajo frekvence na gigaherčnem področju. Pri tem se osredotočimo na opis osnovnih konceptov digitalnih oddajnikov, ki jih bralec potrebuje za razumevanje tega dela. Nato se osredotočimo na motivacijo in cilje, kjer opišemo problematiko povečanja zahtev za oddajnik zaradi uporabe vedno manjših anten in prednosti digitalnih tehnologij pred analognimi. V drugem poglavju najprej predstavimo oddajo z zamikanjem faze in nato naredimo pregled literature digitalnih oddajnikov na splošno in oddajnikov za HF RFID. Na področju digitalnih oddajnikov predstavimo dela, ki smo jih izbrali kot podlago za načrtovanje našega koncepta. Nato predstavimo relevantna dela na področju oddajnikov za HF RFID. Pri tem ugotovimo, da je na področju načrtovanja oddajnikov za NFC izpraševalnike izrazito pomanjkanje del glede na druga področja HF RFID in RFID na splošno. Na predstavljenih delih identificiramo pomanjkljivosti in potencialne izboljšave, ki jih uporabimo kasneje za primerjavo naše rešitve z nadgrajenima verzijama enega od predstavljenih del. V tretjem poglavju podrobno predstavimo koncept oddajnika. Najprej predstavimo oddajno-sprejemniški sistem NFC izpraševalnika, pri čemer se posebej osredotočimo na šum oddajnika. Nato predstavimo novi oddajnik na osnovi časovno zvezne digitalne tehnologije. Sestavljata ga digitalni del z vpoglednimi tabelami in interpolatorjem ter analogni del, ki vsebuje fazni modulator, regulator za napajanje ojačevalnika in ojačevalnik razreda D. Fazni modulator je v osnovi digitalno-časovni pretvornik, ki omogoča dovolj hitro spreminjanje izhodne faze za oddajo na protokolih bližnje komunikacije. Za zagotovitev natančnih faz v digitalno-časovnem pretvorniku bazira le-ta na zaklenjeni zamični zanki, ki avtomatsko odpravlja procesne, temperaturne in napetostne variacije. Ker fazni modulator v oddajno pot dodaja šum, smo implementirali obvodno pot za nosilec, na kateri je minimalno število elementov, kar zagotovi minimalni šum med sprejemom. Da je faza ure na obvodni poti sinhronizirana z izhodno fazo modulatorja v nemoduliranem stanju, smo implementirali tudi fazni sinhronizator, ki poleg sinhronizacije faze med dvema potema popravlja tudi delovni cikel vhodne ure. To popravljanje je potrebno zaradi invertirajoče narave zamičnih celic v modulatorju, ki so občutljive na delovni cikel ure. V četrtem poglavju najprej predstavimo kriterije za vrednotenje oddajnika v bližnji komunikaciji. Nato prikažemo delovanje implementiranega sistema in predstavimo metodo za vrednotenje delovanja sistema v simulaciji, katere osnova so relevantne specifikacije. Potem predstavimo simulacijske rezultate, pridobljene z opisano metodo. Za primerjavo delovanja nato predstavimo dve možni nadgradnji ene izmed rešitev za oddajnik, ki se nahaja v literaturi, in jih vrednotimo z enako metodologijo kot implementirani sistem. Rezultate nato primerjamo in ugotovimo, da ima implementirani sistem prednost pred alternativnima rešitvama ne samo v lastnostih, ampak tudi v manjši porabi silicija, porabi energije in v boljšem prilagajanju na manjše, submikronske procesne tehnologije. V petem poglavju najprej predstavimo merilno postavitev, ki smo jo uporabili za vrednotenje testenega čipa z implementiranim sistemom. Najprej izvedemo meritev v enakih pogojih kot smo jih uporabili v simulacijah in primerjamo pridobljene merilne rezultate s simulacijskimi rezultati. Ugotovimo, da je ujemanje med temi rezultati dobro. Nato izvedemo meritve po zahtevah merilnih specifikacij NFC Forum Analog Technical Specification 2.1 in NFC Forum Test Cases for Analog 2.1 [4]. Ugotovimo, da izmerjeni rezultati presegajo zahteve specifikacije. Nazadnje izmerimo še fazni šum oddajnika in skupni šum v sistemu, iz katerega izluščimo šum oddajnika. Šum na novo implementiranega oddajnika primerjamo s šumom oddajnika prejšnje generacije, ki je bil procesiran na istem testenem čipu. Ugotovimo, da sistem za preklapljanje med modulatorjem in sinhronizirano obvodno uro v sprejeti šum ne dodaja šuma modulatorja, kajti v fazi sprejema je nizek šum kritičen za zanesljivo delovanje sprejemnika.20222022-10-03 09:40:00Doktorsko delo/naloga141625VisID: 53821COBISS_ID: 125600003sl